Опытное обоснование закона Архимеда с помощью демонстрационных динамометров

Для демонстрации закона Архимеда используются раздвижная призма, стакан с удлиненным отливным краном и ведерко.

Раздвижную призму (рис. 121) можно сделать из пластмассы или органического стекла толщиной 2—3 мм. Вдоль одной грани призмы вырезан паз 1, который перекрывается пробкой при помощи зажимного винта 2. Глубина паза—1 мм, а его ширина—3 мм.

Рис. 121. Раздвижная призма

Запорная пробка (рис. 122) состоит из стенки наружной призмы 1, углубления для головки пробки 2 (4 *1 *1 І мм), отверстия для пробки 3 (3 X 3 мм), пробки (3 X 3 X 3 мм) с головкой 4 (4 X 4 X 1 мм), резиновой прокладки или пружинки 5, крышки для пробки 6 (10 Х 10 Х З мм) и винта.

Рис. 122. Запорная пробка

Для изменения объема призмы нужно отвернуть винт так, чтобы открылась канавка для проникновения воздуха, выдвинуть внутреннюю призму до нужного объема и вновь запереть ее пробкой. Нельзя чрезмерно нажимать на винт во избежание образования щели между стенками, через которую может проникнуть вода. Для герметичности стенки призмы смазывают тонким слоем солидола или машинного масла. На одной стенке призмы наносится масштаб, соответствующий целым числам единиц объема.

Вес призмы можно изменять, подсыпая в нее мелкую дробь или свинцовые опилки. Для жесткой связи призмы с динамометром служит патрон с длинным винтом (рис. 123). Из призмы вывинчивают крючок и ввинчивают патрон. Затем конец динамической оси 2 динамометра вставляют в патрон 1 так, чтобы запорная шпонка проходила по прорези патрона до упора. При небольшой повороте оси влево шпонка зайдет в вырез и замкнет патрон.

Рис. 123. Патрон с винтом

Емкость сосуда с отливным краном 500 см³. Длина крана 20 см. Кран имеет коническую форму, диаметр основания конуса 10 мм, а диаметр сливного носика 4 мм. Угол наклона крана 15—20°.

При подготовке опыта сосуд с отливным краном устанавливают на штативе и наполняют водой так, чтобы на конце крана появились капли воды. Показание динамометра с подвижным пустым ведерком для упрощения отсчета целесообразно установить на «нуль» (рис. 124).

Рис. 124. Общий вид установки

Для демонстрации опыта медленно опускаем призму в воду, но так, чтобы она не касалась дна сосуда. Опуская призму на большую глубину, демонстрируем независимость величины выталкивающей силы от глубины погружения. Изменением объема раздвижной призмы показываем и изменение выталкивающей силы.

Затем демонстрируем независимость величины выталкивающей силы жидкости при погружении в нее одинаковых по объему, но различных по весу тел, а также зависимость величины выталкивающей силы от плотности жидкости. Условия плавания тел выясняются на опытах, установка которых показана на рисунке 125.

Рис. 125. Установка для выяснения условия плаванья тел

Опыт 1. Призма тонет. Берется призма наименьшего объема при весе Р = 300 Г.
Опыт 2. Призма плавает. Объем призмы берется равным 300 см³ при том же весе 300 Г.
Опыт 3. Призма всплывает. Используется призма объемом 350 см³ при неизменном весе 300 Г.

Прибор для изучения законов движения. Вдоль стойки 1 длиной около 2 м, на которой укреплены две направляющие толстые проволоки 2, может двигаться планка 3. Планка имеет четыре ушка. Нитью, перекинутой через блоки 4, планка соединяется с грузом 9. Длина планки составляет приблизительно половину длины стойки (рис. 126).

Рис. 126. Прибор для изучения законов движения тела

На стойке укреплена полочка 5, на которую ставят метроном 6. Маятник метронома должен заканчиваться кисточкой, смоченной типографской краской. При качании маятника кисточка должна касаться планки и оставлять на ней метки.

Втулка блока при помощи ременной передачи соединена с осью генератора тока 7 (динамо-машина от фонаря велосипеда). К зажимам генератора присоединен гальванометр 8, внутри которого находится купроксный или селеновый выпрямитель. Гальванометр (счетчик оборотов) проградуирован в условных единицах скорости.

С задней стороны стойки на груз можно надевать различные перегрузки. Имеется подвижное кольцо, как у машины Атвуда, с помощью которого эти перегрузки можно снимать. Прибор имеет набор специально подобранных перегрузков.

Планка и груз при помощи соответствующих перегрузков приводятся в равномерное, равномерно ускоренное или равномерно замедленное движение. При этом метроном не только отсчитывает промежутки времени, но и при помощи меток на планке отмечает пути, проходимые планкой за различные промежутки времени. По показаниям гальванометра можно судить об изменении скорости. Снимая при помощи кольца перегрузки, можно измерить мгновенную скорость в любой момент времени. Установка кольца не вызывает затруднений, так как о расстоянии, на которое нужно передвинуть кольцо, можно судить по меткам на планке. Стойку 1 можно использовать от машины Атвуда.