Objectes que s'enfonsen: pes contra força d'empenyiment màxima
1 · Prediu
Un pes de metall cau a l'aigua i arriba al fons, totalment submergit. Un cop és del tot submergit, fer-lo més pesant en canvia el grau de submersió?
- Un pes més pesant se submergeix encara més (per sobre del 100%).
- Ja és del tot submergit (100%), o sigui que més massa no el pot submergir més.
- Un pes més pesant se submergeix menys perquè cau més de pressa.
2 · Configura
- Obre el predefinit «Flota o s'enfonsa» i prem Restableix. El pes travessa l'aigua i acaba reposant al fons del dipòsit.
- Activa la sonda de fracció submergida al pes.
- Defineix la massa del pes per a cada prova, deixa-la assentar-se i enregistra'n la fracció submergida.
3 · Recull dades
| Massa del pes m (kg) | Pes mg (N) | Fracció submergida |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Representa la fracció submergida (eix y) contra el pes (eix x) per a les tres proves.
4 · Analitza
- Calcula el volum complet del pes amb el seu radi (0.4 m) i la força d'empenyiment màxima possible ρ·g·V_full amb densitat de l'aigua de 1000 kg/m³. Compara-ho amb el pes de cada prova.
- Explica per què la fracció submergida es queda tapada a 1.0 (100%) un cop el pes supera la força d'empenyiment màxima, per més pesant que es faci el pes.
5 · Amplia
- La força d'empenyiment màxima d'aquest pes és d'uns 24.6 N: qualsevol massa per sota d'uns 2.5 kg suraria. Compara-ho amb l'experiment «Surar a l'aigua»: què determina si un objecte sura o s'enfonsa?
- L'aigua de mar és més densa que l'aigua dolça. Un pes que se submergeix del tot en aigua dolça se submergiria necessàriament del tot en aigua de mar? Explica-ho amb la fórmula de la força d'empenyiment.
La física al darrere d'aquest experiment
Principi d'Arquimedes (al màxim)
La força d'empenyiment més gran que un objecte pot rebre mai és ρ·g·V_full: el pes del fluid que desplaçaria si estigués del tot submergit. Un cop el pes de l'objecte supera aquest sostre, s'enfonsa i queda del tot submergit: afegir més massa no el pot submergir més perquè ja desplaça tot el seu volum.
Fluids
138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles