Βυθιζόμενα αντικείμενα: Βάρος vs. μέγιστη άνωση
1 · Πρόβλεψε
Ένα μεταλλικό βάρος ρίχνεται στο νερό και έρχεται σε ηρεμία στον πυθμένα, πλήρως βυθισμένο. Μόλις βυθιστεί πλήρως, αλλάζει το πόσο βυθισμένο είναι αν το κάνεις βαρύτερο;
- Ένα βαρύτερο βάρος βυθίζεται ακόμη περισσότερο (πάνω από 100%).
- Είναι ήδη πλήρως βυθισμένο (100%), ώστε περισσότερη μάζα δεν μπορεί να το βυθίσει περαιτέρω.
- Ένα βαρύτερο βάρος βυθίζεται λιγότερο επειδή πέφτει ταχύτερα.
2 · Διάταξη
- Άνοιξε την προεπιλογή fluid-sink και πάτησε Επαναφορά. Το βάρος πέφτει μέσα από το νερό και έρχεται σε ηρεμία στον πυθμένα της δεξαμενής.
- Ενεργοποίησε τον αισθητήρα βυθισμένου κλάσματος στο βάρος.
- Ρύθμισε τη μάζα του βάρους για κάθε δοκιμή, άσε το να εγκατασταθεί, και κατέγραψε το βυθισμένο του κλάσμα.
3 · Συλλογή Δεδομένων
| Μάζα βάρους m (kg) | Βάρος mg (N) | Βυθισμένο κλάσμα |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Χαράξε το βυθισμένο κλάσμα (άξονας y) έναντι του βάρους (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου.
4 · Ανάλυση
- Υπολόγισε τον πλήρη όγκο του βάρους από την ακτίνα του (0.4 m) και τη μέγιστη δυνατή άνωση ρ·g·V_full χρησιμοποιώντας πυκνότητα νερού 1000 kg/m³. Σύγκρινέ το με το βάρος κάθε δοκιμής.
- Εξήγησε γιατί το βυθισμένο κλάσμα μένει οριοθετημένο στο 1.0 (100%) μόλις το βάρος υπερβεί τη μέγιστη άνωση, ό,τι κι αν γίνει βαρύτερο το βάρος.
5 · Επέκταση
- Η μέγιστη άνωση αυτού του βάρους είναι περίπου 24.6 N — οποιαδήποτε μάζα κάτω από περίπου 2.5 kg θα επέπλεε αντίθετα. Σύγκρινέ το με το πείραμα επιπλέουσας: τι καθορίζει αν ένα αντικείμενο επιπλέει ή βυθίζεται;
- Το θαλασσινό νερό είναι πυκνότερο από το γλυκό. Θα βυθιζόταν οπωσδήποτε πλήρως ένα βάρος που βυθίζεται πλήρως σε γλυκό νερό και στο θαλασσινό; Εξήγησε χρησιμοποιώντας τον τύπο άνωσης.
Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα
Αρχή του Αρχιμήδη (στο μέγιστο)
Η μεγαλύτερη άνωση που μπορεί ποτέ να λάβει ένα αντικείμενο είναι ρ·g·V_full — το βάρος του υγρού που θα εκτοπούσε αν ήταν εξ ολοκλήρου βυθισμένο. Μόλις το βάρος ενός αντικειμένου υπερβεί αυτό το όριο, βυθίζεται και μένει πλήρως βυθισμένο· η προσθήκη περισσότερης μάζας δεν μπορεί να το βυθίσει περαιτέρω επειδή εκτοπίζει ήδη όλο τον όγκο του.