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 forudstillingen 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
- Beregn sænkeloddets fulde volumen ud fra dets radius (0.4 m), 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 nogensinde kan modtage, er ρ·g·V_full — vægten af den væske, det ville fortrænge, hvis det var helt nedsænket. Når et objekts vægt overstiger dette loft, synker det og forbliver helt nedsænket; mere masse kan ikke nedsænke det yderligere, for det fortrænger allerede hele sin volumen.