3B Scientific Device for Archimedes' Principle User Manual [en, de, es, fr, it]
3B SCIENTIFIC
Gerät zum Archimedischen Prinzip U40875
Bedienungsanleitung
04/08 ALF
®
PHYSICS
1 Bügel
2 Hohlzylinder
3 Vollzylinder
1. Beschreibung
Das Gerät zum Archimedischen Prinzip dient zum
Nachweis des Archimedischen Prinzips des Auftriebs in Flüssigkeiten. Des Weiteren ermöglicht es
die Bestimmung der Dichte einer unbekannten
Flüssigkeit.
Das Gerät besteht aus einem Hohlzylinder mit
Bügel und Haken sowie exakt eingepasstem Vollzylinder mit Öse. Beide Zylinder sind mit Markierungen versehen, wobei eine Markierung einem Viertel
des Gesamtvolumens entspricht.
2. Allgemeine Grundlagen
Das Archimedische Prinzip lautet:
Die Auftriebskraft F
um ist genau so groß wie die Gewichtskraft F
vom Körper verdrängten Mediums; F
eines Körpers in einem Medi-
A
= FG.
A
des
G
Das Archimedische Prinzip gilt in Flüssigkeiten und
Gasen.
Da das Volumen V
der durch einen Körper ver-
F
drängten Flüssigkeit gleich dem Volumen des Körpers V
ist, gilt für die Masse mF der Flüssigkeit mit
K
der Dichte ρ
m
= ρ VK (1)
F
Das Gewicht F
spricht dem Produkt aus deren Masse m
der verdrängten Flüssigkeit ent-
G
und der
F
Fallbeschleunigung g.
F
= g mF (2)
G
Für die Auftriebskraft F
F
= ρ g VK (3)
A
gilt deshalb
A
Die Dichte ρ einer unbekannten Flüssigkeit ergibt
sich dann aus
F
A
=ρ (4)
V
1
3. Technische Daten
Volumen Vollzylinder: ca. 100 cm3
Masse Vollzylinder: ca. 120 g
Volumen Hohlzylinder: ca. 100 ml
Abmessungen: ca. 55x55x55 mm
3
Masse: ca. 150 g
4. Bedienung
4.1 Bestätigung des Archimedischen Prinzips
Zusätzlich benötigte Geräte:
1 Kraftmesser 250 g / 2,5 N U40810
1 Überlaufgefäß U8411310
1 Becherglas aus U14210
1 Stativfuß U8611160
1 Stativstange, 750 mm U15003
1 Muffe mit Haken U13252
4.1.1 Experiment 1
• Stativ aufbauen und Kraftmesser an den Haken
hängen.
• Vollzylinder in den Hohlzylinder stecken, um
zu demonstrieren, dass sein Volumen gleich
dem Volumen des Hohlraums im Hohlzylinder
ist.
• Vollzylinder an den Hohlzylinder und beide an
den Kraftmesser hängen.
• Gewicht ablesen und notieren.
• Becherglas mit Wasser füllen und unter die
Zylinder stellen.
• Kraftmesser soweit absenken, dass der Vollzy-
linder bis zur ersten Markierung ins Wasser eintaucht.
• Neuen Wert am Kraftmesser ablesen.
• Hohlzylinder bis zur ersten Markierung mit
Wasser befüllen.
Der Kraftmesser geht auf den ursprünglichen Wert
zurück.
• In weiteren Schritten Vollzylinder bis zur zwei-
ten Markierung, dann bis zur dritten und
schließlich komplett eintauchen. Bei jedem
Schritt die entsprechende Menge Wasser in den
Hohlzylinder gießen.
Damit ist das Archimedische Prinzip bestätigt.
• Überlaufgefäß darunter stellen und so weit mit
Wasser befüllen, dass gerade kein Wasser mehr
überläuft.
• Becherglas neben das Überlaufgefäß platzie-
ren, so dass das überlaufende Wasser aufgefangen werden kann.
• Kraftmesser soweit absenken, dass der Vollzy-
linder vollständig im Wasser eingetaucht ist.
Dabei das überlaufende Wasser im Becherglas
auffangen.
• Neuen Wert am Kraftmesser ablesen.
Die Differenz zwischen beiden Ablesungen entspricht der Auftriebskraft F
• Das aufgefangene Wasser aus dem Becherglas
auf den Vollzylinder.
A
in den Hohlzylinder gießen. Dabei sicherstellen, dass kein Wasser im Becherglas verbleibt.
Der Kraftmesser zeigt wieder den ursprünglichen
Wert an. Das Archimedische Prinzip ist damit bestätigt.
4.2 Bestimmung der Dichte einer unbekannten
Flüssigkeit
Zusätzlich benötigte Geräte:
1 Lineal
• Mit dem Lineal Durchmesser d und Höhe h des
Vollzylinders messen und sein Volumen V berechnen (V = ¼ π d
• Auftriebskraft F
2
h).
bestimmen (siehe Punkt 4.1.2)
A
mit der unbekannten Flüssigkeit an Stelle des
Wassers.
• Dichte ρ der unbekannten Flüssigkeit mittels
Formel 4 errechnen.
4.1.2 Experiment 2
• Stativ aufbauen und Kraftmesser an den Haken
hängen.
• Vollzylinder an den Hohlzylinder und beide an
den Kraftmesser hängen.
• Gewicht ablesen und notieren.
3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Deutschland • www.3bscientific.com
Technische Änderungen vorbehalten
© Copyright 2008 3B Scientific GmbH
Fig. 1 Experimentieraufbau
⋅
=
3B SCIENTIFIC
Device for Archimedes' Principle U40875
Operating instructions
04/08 ALF
®
PHYSICS
1 Handle
2 Bucket
3 Cylinder
1. Description
The device for Archimedes' Principle is used to
demonstrate Archimedes' Principle of buoyancy in
liquids. It can also be used to determine the density of an unknown fluid.
It consists of a bucket with a handle and a hook, as
well as a precisely fitted solid cylinder with a ring.
There are division marks on both the cylinder and
the bucket which allow the user to perform experiments with different volumes. Each division
mark represents one quarter of the total volume.
2. Basic principles
According to Archimedes' Principle, if an object is
immersed in a fluid, the force F
exerted on the
B
object by the fluid is equal to the weight of the
fluid F
displaced by the object, FB = FW.
W
Archimedes' Principle is valid in fluids as well as in
gases.
Since the volume of fluid V
is just equal to the volume of the object V
mass of fluid m
object V
m
multiplied by the density of the fluid ρ.
K
= ρ VK (1)
F
displaced is the volume of the
F
The weight of the displaced fluid F
displaced by the object
F
is this mass mF
W
the
K
multiplied by the acceleration due to gravity g.
mgF
(2)
FW
Therefore the buoyant force F
is given by the fol-
B
lowing formula
F
= ρ g VK (3)
B
The density ρ of an unknown fluid can therefore be
calculated by the formula:
F
B
=ρ (4)
V
1
3. Technical data
VoIume of cylinder: approx. 100 cm3
Mass of cylinder: approx. 120 g
Volume of bucket: approx. 100 ml
Dimensions: approx. 55x55x 55 mm
3
Net weight: approx. 150 g
4. Operation
4.1 Verification of Archimedes' Principle
Additionally required:
1 Dynamometer 250 g / 2,5 N U40810
1 Vessel with overflow U8411310
1 Beaker from U14210
1 Stand base U8611160
1 Steel rod, 750 mm U15003
1 Clamp with hook U13252
4.1.1 Experiment 1
• Set up the stand and suspend the dynamome-
ter from the hook.
• Insert the cylinder in the bucket to verify that
the volume of the cylinder is equal to the volume of the cylindrical cavity of the bucket.
• Attach the cylinder to the bucket and suspend
both from the dynamometer.
• Read and write down the weight.
• Fill the beaker with water and place it under
the cylinder.
• Lower the dynamometer until the cylinder is
immersed in the water up to the first division
mark.
• Read the new value for the weight.
• Fill the bucket with water to the first division
mark.
The dynamometer shows the initial value.
• In further steps lower the cylinder up to the
second division mark, than third and finally
until it is completely immersed in the water.
With each step pour the corresponding amount
of water into the bucket
Thus Archimedes' Principle is confirmed.
• Place the beaker next to the vessel with over-
flow so that the overflowing water can be collected.
• Lower the dynamometer until the cylinder is
completely immersed in the water. Collect the
overflowing water in the beaker.
• Read the new value on the dynamometer.
The difference between the two readings is the
buoyant force F
• Carefully pour the water from the beaker into
on the cylinder.
B
the bucket. Make sure no water is left in the
beaker.
The dynamometer displays the initial value. Thus
Archimedes' Principle is confirmed.
4.2 Determination of the density of an unknown fluid
Additionally required:
1 Ruler
• Use the ruler to measure the diameter d and
height h of the cylinder and calculate its volume (V = ¼ π d
• Determine the buoyant force F
2
h).
(ref. to point
A
4.1.2) with the unknown fluid in place of water.
• Use formula 4 to determine the density of the
unknown fluid.
4.1.2 Experiment 2
• Set up the stand and suspend the dynamome-
ter from the hook.
• Attach the cylinder to the bucket and suspend
both from the dynamometer.
• Read and write down the weight.
• Fill the vessel with overflow to such an extent
with water that it just stops to overflow.
3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Germany • www.3bscientific.com
Technical amendments are possible
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Fig. 1 Experimental set-up
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