De wet van Archimedes - science-natuurkunde

Werkblad 2 - Thema 13
(niveau Beta)
De wet van Archimedes
Inleiding
In deze opdracht ga jij je verdiepen in “De wet van Archimedes”.
De opdracht maak je in groepjes van maximaal 4 leerlingen.
(De leerstof in deze opdracht maakt onderdeel uit van de leerstof voor de toets).
Planning
Week 4
Week 5
Wat te doen?
Experiment 1 + 2
Experiment 3 + start voorbereiding toets
Dit werkblad hoeft niet te worden ingeleverd, maar bevat wel theorie die in de
toets aan bod komt.
Theorie
Als het gaat om voorwerpen die drijven zijn er 2 regels die je moet kennen:
1. De dichtheid van het voorwerp dat drijft is kleiner dan de dichtheid van de vloeistof waarin
het voorwerp drijft.
2. De opwaartse kracht en de zwaartekracht die op het voorwerken werken zijn gelijk aan
elkaar.
Voor de opwaartse kracht op een voorwerp in een vloeistof geldt de volgende regel: De opwaartse
kracht op een voorwerp is gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof.
Deze regel staat bekend als de “Wet van Archimedes”:
Experiment 1
In het eerste experiment ga je controleren of de eerste genoemde regel voor een aantal blokjes die
je krijgt klopt.
Benodigdheden: 4 verschillende blokjes (vraag aan je toa of docent), bekerglas met water om te
controleren of het blokje zinkt dan wel drijft, liniaal en weegschaal.
Voor de volgende stappen uit:
1. Bepaal de massa van elk van de blokjes, schrijf deze in tabel 1.
2. Bepaal de lengte, breedte en hoogte van elk van de blokjes, noteer deze in de tabel.
3. Bereken het volume van elke van de blokjes, noteer deze in de tabel.
4. Bereken de dichtheid van elke van de blokjes, noteer deze in de tabel.
5. Vergelijk de dichtheid van de blokjes met die van water, (zie tabel) en noteer deze in de
tabel.
6. Pak nu een bekerglas en vul dit met water, test welke blokjes zinken, zet een + als ze dit doen
en een – als ze dit niet doe.
Regel 1 zegt: dat een voorwerp alleen kan drijven als de dichtheid van het voorwerp kleiner is dan de
dichtheid van het water. Komen de resultaten van het experiment daar mee overeen: Ja/nee (arceer
het juiste antwoord)
Tabel 1
Voorwerp
Massa (g)
L (cm)
V (cm3)
d (g/cm3)
Zinken (+/-)
Water
---
---
---
1,00
nvt
1.
2.
3.
4.
Experiment 2
In experiment 2 ga je regel 2 bekijken, deze regel zegt dat bij het drijven de zwaartekracht van het
voorwerp gelijk is aan de opwaartse kracht van het water.
Benodigdheden: klein bekerglas (met bevestiging voor aan een veerunster), een veerunster, een groot
bekerglas met water, weegschaal.
Voer de volgende stappen uit:
1. Bepaal de massa van het bekerglas. Massa = ……. g.
2. Bereken de zwaartekracht op het bekerglas, (met behulp van de rekenregels uit werkblad 1):
Fz = …. N.
3. Hang het bekerglas aan de veerunster en noteer welke waarde deze aangeeft: Fveer = …. N.
In werkblad 1 heb je de volgende regels gehad: Een kracht die omhoog werkt noemen we een
opwaartse kracht. De afkorting hiervoor is Fop , de eenheid is de N.
Als een voorwerp niet omhoog of omlaag gaat, dan zijn de opwaartse kracht en de zwaartekracht
aan elkaar gelijk.
4. Leg uit dat de veerkracht hier werkt als Fop.
………………………………………………………………
5. Controleer of hier inderdaad geldt dat Fz = Fop als dit niet zo is, bespreek dit met je docent en
noteer een mogelijke verklaring.
……………………………………………………………….
6. Breng nu het kleine bekerglas, terwijl het aan de veerunster hangt, in het grote bekerglas en
laat het in het water zakken. Kijk wat er gebeurd met de waarde die de veerunster aangeeft
en maak de volgende zinnen af door het juiste woord te arceren, of de zin af te maken.
 Als het kleine bekerglas in water zakt dan wordt de waarde die de veerunster
aangeeft kleiner/groter/blijft gelijk.
 Als het kleine bekerglas in water zakt dan wordt de opwaartse kracht van de veer
kleiner/groter/blijft gelijk.
 Als het kleine bekerglas in water zakt dan wordt de opwaartse kracht van het water
kleiner/groter/blijft gelijk.
 Als het kleine bekerglas drijft is de waarde die de veerunster aangeeft ….. N, dat
betekent dat de opwaartse kracht van het water gelijk is aan ……N want …………………
……..
Experiment 3
In het laatste experiment ga je aan de slag met de “Wet van Archimedes”. Met deze wet kun je
bereken hoe groot de opwaartse kracht is die een vloeistof uitoefent op een voorwerp. Hieronder
volgt een voorbeeld van hoe deze wet werkt.
Voorbeeld: Stel dat een voorwerp 100 g aan water wegduwt, hoe groot is dan de opwaartse kracht
op dat voorwerp? Dan bereken je eerst de zwaartekracht op die massa, deze is 0,98 N. Vervolgens
weet je dat de opwaartse kracht ook 0,98 N is.
Dus bij het werken met de “Wet van Archimedes” om de opwaartse kracht te achterhalen moet je de
volgende 2 stappen uitvoeren:
1. Bepaal, of bereken de massa van het water dat wordt weggeduwd.
Dit kan soms direct gebeuren, soms moet je deze massa berekenen door eerst het volume
van het water te bepalen dat wordt weggeduwd en dan met de dichtheid van water de
massa te berekenen.
2. Bereken de zwaartekracht van het water dat wordt weggeduwd, de opwaartse kracht is gelijk
aan deze zwaartekracht.
Benodigdheden: één van de voorwerpen uit experiment 1 waarvan de dichtheid groter is dan die van
water, (aan het voorwerp moet nu een haakje zitten voor aan de veerunster), veerunster, bekerglas
met water.
Voer de volgende stappen uit:
3. Bereken de zwaartekracht op het voorwerp, (met behulp van de rekenregels uit werkblad 1):
Fz = …. N.
4. Meet de waarde die de veerunster aangeeft als het blokje er aan wordt gehangen en nog
niet in het water is. Fveer,1 = …….. N
5. Meet de waarde die de veerunster aangeeft als het blokje helemaal onder water is.
Fveer,2 = …….. N
6. Bereken de opwaartse kracht van het water met behulp van de regel: opwaartse kracht
water is Fveer,1 - Fveer,2 = ….. N.
7. Als het blokje helemaal onder water zit is het volume van het water dat weggeduwd is gelijk
aan dat van het blokje, zie voor het volume van het blokje experiment 2.
Vblokje = Vwater = …. cm3
8. Bereken met behulp van het volume van het water en de dichtheid van het water de massa
van het water dat is weggeduwd.
9. Bereken met behulp van de massa van het weggeduwde water de opwaartse kracht.
(Gebruik de regel dat de zwaartekracht op het water gelijk is aan de opwaartse kracht,
bereken dus eerst de zwaartekracht).
10. Vergelijk de uitkomst van stap 6 en stap 9 met elkaar. Klopt volgens jullie berekeningen de
“Wet van Archimedes”.
Je bent nu klaar. Zorg er voor dat je de oefentoets op tijd maakt om te controleren of je de leerstof
echt snapt. In deze toets worden de regels die hier aan bod zijn gekomen ook toegepast