اجسام غرقشونده: وزن در برابر بیشینهٔ نیروی شناور
1 · پیشبینی
سنگینشوندهٔ فلزی در آب افتاده و کاملاً فرورفته روی کف آرام میگیرد. وقتی کاملاً زیر آب است، سنگینترکردنش در میزان فرورفتگیاش تغییری میدهد؟
- 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.
2 · آمادهسازی
- 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.
3 · گردآوری داده
| جرم سنگینشونده m (kg) | وزن mg (N) | نسبت زیر آب |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
کسر زیر آب (محور y) را بر حسب وزن (محور x) برای سه آزمایش رسم کنید.
4 · تحلیل
- 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.
5 · گسترش
- 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.
فیزیک پشت این آزمایش
اصل ارشمیدس (در بیشینه)
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.