Synkende objekter: Vægt vs. maksimal opdriftskraft
1 · Forudsig
Et metalsænkelod slippes i vand og kommer til hvile på bunden, helt nedsænket. Når det er helt nedsænket, ændrer det så noget at gøre det tungere, hvor nedsænket det er?
- Et tungere sænkelod nedsænkes endnu mere (over 100 %).
- Det er allerede helt nedsænket (100 %), så mere masse kan ikke nedsænke det yderligere.
- Et tungere sænkelod nedsænkes mindre, fordi det falder hurtigere.
2 · Opsætning
- Åbn forudindstillingen fluid-sink, og tryk på Nulstil. Sænkeloddet falder gennem vandet og lægger sig til hvile på tankbunden.
- Slå måleren for nedsænket brøkdel til på sænkeloddet.
- Indstil sænkeloddets masse for hvert forsøg, lad det falde til ro, og notér dets nedsænkede brøkdel.
3 · Saml data
| Sænkeloddets masse m (kg) | Vægt mg (N) | Nedsænket brøkdel |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Afbild nedsænket brøkdel (y-aksen) mod vægt (x-aksen) for dine tre forsøg.
4 · Analysér
- Denne simulering modellerer sænkeloddet som en skive med radius 0.4 m, der er trukket gennem tankens faste snittedybde på 0.005 m — beregn dets fulde volumen V_full = π·r²·(snittedybde) og den maksimalt mulige opdriftskraft ρ·g·V_full med vandets massefylde 1000 kg/m³. Sammenlign med hvert forsøgs vægt.
- Forklar, hvorfor den nedsænkede brøkdel forbliver låst på 1,0 (100 %), når vægten overstiger den maksimale opdriftskraft, uanset hvor meget tungere sænkeloddet bliver.
5 · Udvid
- Dette sænkelods maksimale opdriftskraft er ca. 24.6 N — enhver masse under ca. 2.5 kg ville flyde i stedet. Sammenlign med fluid-float-eksperimentet: hvad afgør, om et objekt flyder eller synker?
- Saltvand har større massefylde end ferskvand. Ville et sænkelod, der er helt nedsænket i ferskvand, nødvendigvis være helt nedsænket i saltvand? Forklar med formlen for opdriftskraft.
Fysikken bag dette eksperiment
Arkimedes' princip (ved maksimum)
Den største opdriftskraft, et objekt kan modtage, er ρ·g·V_full — vægten af den væske, det ville fortrænge, hvis det var helt nedsænket. Når objektets vægt overstiger denne grænse, synker det og forbliver helt nedsænket. Mere masse kan ikke få det længere ned, for det fortrænger allerede hele sit volumen.