شناوری: آیا جرم جسم شناور، عمق نشستنش را عوض میکند؟
1 · پیشبینی
چوبپنبهای در آب شناور است. اگر چوبپنبهٔ سنگینتری با همان اندازه به کار ببرید، نیروی شناوری که نگهش میدارد چگونه تغییر میکند؟
- نیروی شناور برای همترازی با وزن سنگینتر زیاد میشود.
- نیروی شناور بیتوجه به جرم همان میماند.
- نیروی شناور کم میشود چون چوبپنبه پایینتر مینشیند.
2 · آمادهسازی
- پیشتنظیم شناوری را باز کنید و Reset بزنید. چوبپنبهای روی سطح آب شناور است.
- کاوشگر نیروی شناور را روی چوبپنبه فعال کنید.
- جرم چوبپنبه را برای هر آزمایش تنظیم کنید، به تعادل بنشیند و کسر زیر آب و قرائت نیروی شناور را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| جرم چوبپنبه m (kg) | نسبت زیر آب | نیروی شناوری F_b (N) |
|---|---|---|
| 1.00 | ||
| 1.50 | ||
| 2.00 |
برای سه آزمایش، نیروی شناور F_b (محور y) را بر حسب جرم m (محور x) رسم کنید. خط چه شکلی است؟
4 · تحلیل
- برای هر آزمایش، m·g را با g = 9.8 m/s² حساب کنید و آن را با قرائت نیروی شناوری مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا نیروی شناورِ جسم شناور همیشه با وزنش برابر است، هر قدر هم از آن زیر آب باشد.
5 · گسترش
- اگر به چوبپنبه مدام جرم بیفزایید، از کجا شناوری را گذاشته و فرو میرود؟ در آن نقطه دربارهٔ نیروی شناور چه باید درست باشد؟
- بلوک فولادی فرو میرود، اما کشتی فولادی شناور میماند. با اصل ارشمیدس توضیح دهید چگونه شکل — نه جنس ماده — این را ممکن میکند.
فیزیک پشت این آزمایش
اصل ارشمیدس
نیروی شناور بر جسمِ فرورفته (یا شناور) برابر وزن سیالی است که جابهجا میکند. در تعادل، نیروی شناورِ جسم شناور دقیقاً با وزنش متوازن است — به همین دلیل دو ستونتان باید بخوانند.