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-

= FG.

des

Das Archimedische Prinzip gilt in Flüssigkeiten und Gasen.

Da das Volumen V

der durch einen Körper ver-

drängten Flüssigkeit gleich dem Volumen des Körpers V

ist, gilt für die Masse mF der Flüssigkeit mit

der Dichte ρ

= ρ VK (1)

Das Gewicht F spricht dem Produkt aus deren Masse m

der verdrängten Flüssigkeit ent-

und der

Fallbeschleunigung g.

= g mF (2)

Für die Auftriebskraft F

= ρ g VK (3)

gilt deshalb

Die Dichte ρ einer unbekannten Flüssigkeit ergibt sich dann aus

=ρ (4)

3. Technische Daten

Volumen Vollzylinder: ca. 100 cm3 Masse Vollzylinder: ca. 120 g Volumen Hohlzylinder: ca. 100 ml Abmessungen: ca. 55x55x55 mm

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.

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

h).

bestimmen (siehe Punkt 4.1.2)

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

Fig. 1 Experimentieraufbau

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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

object by the fluid is equal to the weight of the fluid F

displaced by the object, FB = FW.

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

multiplied by the density of the fluid ρ.

= ρ VK (1)

displaced is the volume of the

The weight of the displaced fluid F

displaced by the object

is this mass mF

the

multiplied by the acceleration due to gravity g.

mgF

(2)

Therefore the buoyant force F

is given by the fol-

lowing formula

= ρ g VK (3)

The density ρ of an unknown fluid can therefore be calculated by the formula:

=ρ (4)

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

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.

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

h).

(ref. to point

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

Fig. 1 Experimental set-up

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