سیالات
غرق یا شناور
توپ چگال را ببینید فرو میرود — وزنش از نیروی شناور بیشتر است.
غرق یا شناور — شبیهسازی تعاملی سیالات. توپ چگال را ببینید فرو میرود — وزنش از نیروی شناور بیشتر است. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
شناوری منفی
جسم چگال وقتی فرو میرود که وزنش از بیشینهٔ نیروی شناوری که سیال میدهد بیشتر باشد.
اگر چگالی میانگین جسم از سیال بیشتر باشد، نیروی شناور (بر پایهٔ کل حجم جابهجاشده در غرق) هرگز به وزن نمیرسد. توپ با شتاب به پایین میرود.
- F_b = ρ_fluid · V · g
- غرقشدگی: mg > F_b
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
سنگینشوندهٔ فلزی در آب افتاده و کاملاً فرورفته روی کف آرام میگیرد. وقتی کاملاً زیر آب است، سنگینترکردنش در میزان فرورفتگیاش تغییری میدهد؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- سنگینشوندهٔ سنگینتر بیشتر هم فرو میرود (بالای 100%).
- از قبل کامل زیر آب است (100%)، پس جرم بیشتر نمیتواند فروترش ببرد.
- سنگینشوندهٔ سنگینتر چون تندتر میافتد، کمتر فرو میرود.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- جرم سنگینشونده m (kg)
آنچه اندازه میگیرید:
- وزن mg (N)
- نسبت زیر آب
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیم سیال-فرورفتگی را باز کنید و Reset بزنید. سنگینشونده از آب میگذرد و روی کف مخزن آرام میگیرد.
- کاوشگر کسر زیر آب را روی سنگینشونده فعال کنید.
- جرم سنگینشونده را برای هر آزمایش تنظیم کنید، آرام بگیرد و کسر زیر آبش را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
اصل ارشمیدس (در بیشینه) — F_b = ρ·V·g
بزرگترین نیروی شناوری که جسم میتواند بگیرد ρ·g·V_full است — وزن سیالی که اگر کامل فرورود جابهجا میکرد. وقتی وزن جسم از این سقف گذشت، فرو میرود و کامل زیر آب میماند؛ افزودن جرم بیشتر نمیتواند فروترش ببرد چون هماکنون کل حجمش را جابهجا میکند.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- حجم کامل سنگینشونده را از شعاعش (0.4 m) و بیشینهٔ نیروی شناور ρ·g·V_full را با چگالی آب 1000 kg/m³ حساب کنید. با وزن هر آزمایش مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا کسر زیر آب وقتی وزن از بیشینهٔ نیروی شناور گذشت، در 1.0 (100%) ثابت میماند، هر چند سنگینشونده سنگینتر هم بشود.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- بیشینهٔ نیروی شناور این سنگینشونده حدود 24.6 N است — هر جرم زیر حدود 2.5 kg بهجای فرورفتن شناور میماند. با آزمایش شناوری مقایسه کنید: چه چیزی تعیین میکند جسم شناور بماند یا فرو برود؟
- آبی دریا از آب شیرین چگالتر است. آیا سنگینشوندهای که در آب شیرین کامل فرورفته، لزوماً در آب دریا هم کامل فرو میرود؟ با فرمول نیروی شناور توضیح دهید.
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- به فرورفتن در سیال خوش آمدید
- انتخاب توپ سنگینشونده
- Play را بفشارید
- در حال فرورفتن
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.