Потъващи обекти: тегло срещу максимална Архимедова сила
1 · Предскажи
Метален потъвач е пуснат във вода и се установява на дъното, напълно потопен. Щом е напълно потопен, променя ли по-голямата му маса колко потопен е?
- По-тежък потъвач се потопя още повече (над 100%).
- Вече е напълно потопен (100%), така че повече маса не може да го потопи допълнително.
- По-тежък потъвач се потопя по-малко, защото пада по-бързо.
2 · Постановка
- Отвори настройката потъващ флуид и натисни Нулирай. Потъвачът пада през водата и се установява на пода на резервоара.
- Включи сензора за потопена част на потъвача.
- Задай масата на потъвача за всеки опит, остави го да се установи и запиши потопената му част.
3 · Събери данни
| Маса на потъвача m (kg) | Тегло mg (N) | Потопена част |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Чертай потопената част (ос y) спрямо теглото (ос x) за трите си опита.
4 · Анализирай
- Изчисли пълния обем на потъвача от радиуса му (0.4 m) и максимално възможната Архимедова сила ρ·g·V_full с плътност на водата 1000 kg/m³. Сравни с теглото от всеки опит.
- Обясни защо потопената част остава закована на 1.0 (100%), щом теглото надхвърли максималната Архимедова сила, независимо колко по-тежък става потъвачът.
5 · Надгради
- Максималната Архимедова сила на този потъвач е около 24.6 N — всяка маса под около 2.5 kg би плавала вместо това. Сравни с експеримента плаващ флуид: какво определя дали обект плава или потъва?
- Морската вода е по-плътна от сладката. Потъвач, който се потопя напълно в сладка вода, задължително ли би се потопил напълно в морска? Обясни с формулата за Архимедовата сила.
Физиката зад този експеримент
Принцип на Архимед (на максимума)
Най-голямата Архимедова сила, която обект изобщо може да получи, е ρ·g·V_full — теглото на флуида, който би изместил, ако е изцяло потопен. Щом теглото на обекта надхвърли тази граница, той потъва и остава напълно потопен; добавянето на маса не може да го потопи допълнително, защото вече измества целия си обем.