Potápějící se objekty: tíha vs. maximální vztlaková síla
1 · Predikuj
Kovová zátka je puštěna do vody a usedne na dno, úplně ponořená. Jakmile je úplně ponořená, změní její ztěžšení, jak je ponořená?
- Těžší zátka se ponoří ještě víc (přes 100 %).
- Už je úplně ponořená (100 %), takže víc hmotnosti ji víc ponořit nemůže.
- Těžší zátka se ponoří méně, protože padá rychleji.
2 · Sestavení
- Otevři předvolbu fluid-sink a stiskni Resetovat. Zátka padá vodou a usedne na dno nádrže.
- Zapni sondu ponorné části na zátce.
- Nastav hmotnost zátky pro každý pokus, nech ji usednout a zapiš její ponornou část.
3 · Sbírej data
| Hmotnost zátky m (kg) | Tíha mg (N) | Ponorná část |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Vynes ponornou část (osa y) proti tíze (osa x) pro své tři pokusy.
4 · Analyzuj
- Spočti celkový objem zátky z jejího poloměru (0.4 m) a maximální možnou vztlakovou sílu ρ·g·V_full s hustotou vody 1000 kg/m³. Porovnej s tíhou každého pokusu.
- Vysvětli, proč ponorná část zůstává zastropovaná na 1.0 (100 %), jakmile tíha překročí maximální vztlakovou sílu, bez ohledu na to, jak moc se zátka ztěžuje.
5 · Rozšiř
- Maximální vztlaková síla této zátky je asi 24.6 N — každá hmotnost pod asi 2.5 kg by plavala. Porovnej s experimentem fluid-float: co určuje, zda objekt plave, nebo se potápí?
- Mořská voda je hustší než sladká. Byla by zátka, která se ve sladké vodě úplně ponoří, nutně úplně ponořená i v mořské vodě? Vysvětli pomocí vzorce vztlakové síly.
Fyzika za tímto experimentem
Archimédův zákon (v maximu)
Největší vztlaková síla, kterou objekt kdy může dostat, je ρ·g·V_full — tíha tekutiny, kterou by vytlačil při úplném ponoření. Jakmile tíha objektu tuto stropní hodnotu překročí, potápí se a zůstává úplně ponořen; přidání hmotnosti ho víc ponořit nemůže, protože už vytlačuje celý svůj objem.