Vztlaková síla a Archimédův zákon

Žáci měřením zkoumají vztlakovou sílu a podle její velikosti a hustoty tělesa předpovídají, zda těleso v kapalině klesne, zůstane ponořené, nebo bude plavat.

Průvodce tématem Vztlaková síla a Archimédův zákon v předmětu Fyzika pro 7. třídu: co mají žáci zvládnout, na co navázat a kde nejčastěji chybují. K tomu příprava na hodinu, pracovní list nebo písemka, které ScioBot připraví na jedno kliknutí přesně pro tento ročník.

Připravit hodinu Všechny formáty

Klikněte a tvořte

Získejte přípravu zdarma

Vyberte formát. Jedním kliknutím otevřete tvorbu na téma Vztlaková síla a Archimédův zákon (7. třída) — ScioBot ho připraví za vás.

Připravit hodinu

Další formáty na jedno kliknutí

Téma i ročník jsou už vyplněné. Nic nepíšete — rovnou tvoříte.

Archimédův zákon popisuje vztlakovou sílu, kterou kapalina nebo plyn působí na ponořené těleso. Její velikost se rovná tíze vytlačené tekutiny. Žáci mohou zákon ověřit tak, že porovnají údaj siloměru při měření tělesa na vzduchu a při jeho úplném ponoření do kapaliny: rozdíl odpovídá vztlakové síle.

Pokud je těleso ponořené a může se volně pohybovat, při větší tíze než vztlakové síle klesá, při stejné velikosti sil zůstává v kapalině v rovnováze a při větším vztlaku stoupá. Těleso s menší průměrnou hustotou než kapalina po vystoupání částečně nad hladinu plave; v rovnováze se vztlaková síla vyrovná jeho tíze.

Výstup CAP-FYZ-002-ZV9-005 zahrnuje předvedení Archimédova zákona v praktické situaci. Vztlak vzniká mimo jiné proto, že hydrostatický tlak působí na spodní část ponořeného tělesa větší tlakovou silou než na jeho horní část.

Předpoklady

  • Tíha a tíhová síla FG = mg, jejich směr a měření siloměrem.
  • Hustota látky ρ = m/V a porovnávání průměrné hustoty tělesa s hustotou kapaliny.
  • Hydrostatický tlak roste s hloubkou; na spodní část ponořeného tělesa působí větší tlaková síla než na horní.
  • Měření objemu odměrným válcem a určení objemu vytlačené kapaliny.

Klíčové pojmy

Vztlaková síla
Síla, kterou kapalina působí na ponořené těleso svisle vzhůru; značí se Fv a měří v newtonech.
Archimédův zákon
Vztlaková síla se rovná tíze tekutiny o objemu, který těleso vytlačí: Fv = Vvytl · ρk · g.
Vytlačený objem
Objem tekutiny vytlačené tělesem. U zcela ponořeného tělesa se rovná objemu tělesa, u plovoucího tělesa objemu jeho ponořené části.
Zdánlivá tíha
Při měření volně zavěšeného tělesa ponořeného do kapaliny ukazuje siloměr menší sílu než na vzduchu. Rozdíl Fv = FG − F′ odpovídá vztlakové síle, pokud je těleso v klidu a ničeho se nedotýká.
Klesání, vznášení a plování
Ponořené těleso klesá, když je jeho tíha větší než vztlaková síla, a stoupá, když je vztlaková síla větší. V rovnováze jsou síly stejně velké; průměrná hustota tělesa menší než hustota kapaliny umožňuje tělesu plavat částečně ponořenému.
Hustota kapaliny
Při stejném vytlačeném objemu působí hustší kapalina na těleso větší vztlakovou silou.
Vztlak v plynu
Archimédův zákon platí také v plynech. Balón stoupá, pokud je vztlaková síla větší než tíha balónu včetně jeho náplně.

Časté miskoncepce

  • Častá chyba

    „Kámen ve vodě nemá vztlak, když klesá.“

    Jak na to

    Změřte siloměrem tíhu kamene na vzduchu a jeho zdánlivou tíhu při ponoření. Menší údaj při ponoření ukazuje vztlak; kámen klesá, protože jeho tíha je větší.

  • Častá chyba

    „Plave to, protože je to lehké.“

    Jak na to

    Porovnejte průměrnou hustotu tělesa s hustotou kapaliny: malý kovový šroubek klesne, zatímco větší kus polystyrenu plave.

  • Častá chyba

    „Vztlaková síla je vždy stejně velká jako tíha tělesa.“

    Jak na to

    U klesajícího tělesa zavěšeného na siloměru porovnejte jeho tíhu na vzduchu a zdánlivou tíhu ve vodě. Při klesání je vztlak menší než tíha; síly se vyrovnají, když těleso v kapalině zůstává v rovnováze.

  • Častá chyba

    „Vytlačený objem je objem celé kádinky.“

    Jak na to

    Ponořte těleso do odměrného válce a odečtěte přírůstek objemu kapaliny. Ten odpovídá vytlačenému objemu.

Jak učit

2–3 hodiny

  1. Evokace: Ponořte uzavřenou PET lahev a dřevěný špalík. Žáci předpoví, zda každé těleso klesne, zůstane ponořené, nebo bude plavat, a své odhady zdůvodní.
  2. Uvědomění: Změřte siloměrem tíhu tělesa na vzduchu a jeho zdánlivou tíhu při úplném ponoření. Rozdíl spojte se vztlakovou silou a s tíhou vytlačené kapaliny.
  3. Reflexe: Žáci stručně vysvětlí, jak porovnání tíhy a vztlakové síly pomáhá předpovědět chování ponořeného tělesa, a předvedou to na konkrétním příkladu v souladu s výstupem CAP-FYZ-002-ZV9-005.

Nápady na aktivity

  • Ověření Archimédova zákona: U tělesa, které se ve vodě potopí, změřte siloměrem tíhu na vzduchu a zdánlivou tíhu při ponoření. Rozdíl porovnejte s tíhou vytlačené vody určenou z jejího objemu.
  • Porovnejte chování téhož vajíčka nebo modelíny ve vodě a ve slaném roztoku. Žáci vysvětlí případnou změnu vztlaku hustotou kapaliny, která se změnila, zatímco těleso zůstalo stejné.

Hodnocení

Žák změří tíhu tělesa na vzduchu a jeho zdánlivou tíhu při ponoření, z rozdílu určí vztlakovou sílu a vysvětlí, zda těleso klesá, zůstává ponořené, nebo stoupá (CAP-FYZ-002-ZV9-005).

Dřevo o objemu 200 cm³ má průměrnou hustotu 600 kg/m³. Žák rozhodne, zda bude ve sladké vodě plavat, a odhadne objem ponořené části.

Zdroje

Co pro vás ScioBot připraví k tématu Vztlaková síla a Archimédův zákon

Interaktivní aktivity, které žáci spustí na tabletu či tabuli, tisknutelné kartičky a hry pro celou třídu – každý formát na téma Vztlaková síla a Archimédův zákon jedním klikem.

Základní materiály

Interaktivní aktivity 15

K tisku a rozstříhání 8

Hry pro celou třídu 4

Očekávané výstupy

  • CAP-FYZ-002-ZV9-005 Popíše a předvede použití sil a tlaku v konkrétních praktických aplikacích (páka, kladka, tlak v tekutinách, Archimédův zákon).

Učíte Vztlaková síla a Archimédův zákon trochu jinak?

Popište ScioBotu vlastními slovy, co s žáky chcete zvládnout a kolik máte času. Materiál přizpůsobí vašemu ŠVP, třídě i žákům se speciálními vzdělávacími potřebami.

Napsat ScioBotu

Související témata