Сила Архимеда и плавание тел

Что ребёнок должен понять в этой теме

Почему железный гвоздь тонет, а железный корабль плывёт? Ответ даёт выталкивающая сила. Жидкость давит на погружённое тело со всех сторон, но снизу — сильнее, потому что там глубже и давление больше. Разница этих давлений и есть выталкивающая, или архимедова, сила: она направлена вверх и равна весу жидкости, которую тело вытеснило.

Главное в теме — из чего складывается эта сила. Закон Архимеда связывает её с плотностью жидкости, ускорением свободного падения и объёмом погружённой части тела. Ни масса тела, ни материал, из которого оно сделано, ни глубина погружения (если тело утонуло целиком) на неё не влияют. Именно поэтому два тела одного объёма получат одинаковую выталкивающую силу, даже если одно из свинца, а другое из пенопласта.

Из этого вырастает условие плавания. Если выталкивающая сила больше силы тяжести, тело всплывает и плавает на поверхности; если равна — плавает внутри жидкости; если меньше — тонет. Сравнивать удобнее не силы, а плотности: тело плавает, если его средняя плотность меньше плотности жидкости. Стальной корабль потому и держится, что внутри него воздух, и средняя плотность всей конструкции оказывается меньше плотности воды.

Три опоры темы

• Выталкивающая сила есть всегда, когда тело погружено в жидкость или газ. Она направлена вертикально вверх и равна весу вытесненной жидкости.
• Выталкивающая сила зависит только от плотности жидкости и объёма погружённой части тела. Масса, материал и форма тела на неё не влияют, а от глубины она не зависит, если тело погружено полностью.
• Плавание решает сравнение плотностей: тело плавает, если его средняя плотность меньше плотности жидкости, тонет — если больше, и держится внутри — если плотности равны.

Частые ошибки семиклассника

• Считает, что чем глубже погружено тело, тем больше выталкивающая сила. При полном погружении глубина на силу не влияет.
• Думает, что тяжёлое тело обязательно тонет. Плавает не «лёгкое», а то, чья средняя плотность меньше плотности жидкости.
• Связывает выталкивающую силу с массой тела: «тяжёлое тело выталкивает сильнее». Зависимость идёт от объёма, а не от массы.
• Путает полный объём тела и объём его погружённой части. У плавающего тела погружена только часть, и сила считается по ней.
• Забывает, что вес тела в воде меньше, чем в воздухе, — именно из-за выталкивающей силы.

Как проверить, что тема закрыта

Попросите ребёнка объяснить три случая: почему гвоздь тонет, а корабль плывёт; почему в солёной воде плавать легче, чем в пресной; почему кусок пластилина тонет, а вылепленная из него лодочка держится. Затем дайте задачу: тело объёмом 0,002 м³ полностью погружено в воду — найдите выталкивающую силу. В конце попросите сравнить плотности тела и жидкости и по этому сравнению сделать вывод. Если ребёнок называет закон Архимеда, условие плавания и не путает массу с объёмом, тема закрыта.

Соответствие программе: федеральная рабочая программа основного общего образования «Физика. 7–9 классы» (базовый уровень, 2025), edsoo.ru — 7 класс, раздел 4 «Давление твёрдых тел, жидкостей и газов» (21 ч): 4.4 «Действие жидкости и газа на погружённое в них тело» (7 ч) — действие жидкости и газа на погружённое в них тело, выталкивающая (архимедова) сила, закон Архимеда, плавание тел, воздухоплавание; лабораторные работы и опыты: определение выталкивающей силы, действующей на тело, погружённое в жидкость, зависимость выталкивающей силы от объёма погружённой части тела и от плотности жидкости, проверка независимости выталкивающей силы от массы тела, исследование зависимости веса тела в воде от объёма погружённой части, конструирование ареометра или лодки и определение её грузоподъёмности.

Разборы этой темы — наши аналоги заданий по программе, а не цитаты из учебника.