Fluidit
Uppoaminen tai kelluminen
Katso tiheän pallon vajota – sen paino ylittää nostevoiman.
Uppoaminen tai kelluminen – interaktiivinen Fluidit-simulaatio. Katso tiheän pallon vajota – sen paino ylittää nostevoiman. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Negatiivinen noste
Tiheä kappale uppoaa, kun sen paino ylittää suurimman nostevoiman, jonka fluidi voi antaa.
Jos kappaleen keskitiheys on suurempi kuin fluidin, nostevoima (perustuen täyteen siirrettyyn tilavuuteen upotuksessa) ei koskaan saavuta painoa. Pallo kiihtyy alaspäin.
- F_b = ρ_fluid · V · g
- Uppoaminen: mg > F_b
Tutkimustiivistelmä
Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista
Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.
Tutkimuskysymys
Metallipaino pudotetaan veteen ja se asettuu pohjalle täysin uponneena. Kun se on täysin uponneena, muuttaako raskaammaksi tekeminen sen uppoamisastetta?
Punniteltavat ennusteet
- Raskaampi paino uppoaa vielä enemmän (yli 100 %).
- Se on jo täysin uponneena (100 %), joten lisämäärä ei voi upottaa sitä pidemmälle.
- Raskaampi paino uppoaa vähemmän, koska se putoaa nopeammin.
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Painon massa m (kg)
Mitä mittaat:
- Paino mg (N)
- Uponnut osuus
Miten tutkimus etenee
- Avaa fluid-sink-esiasetus ja paina Nollaa. Paino putoa veden läpi ja asettuu säiliön pohjalle.
- Ota käyttöön uponnut osuus -anturi painossa.
- Aseta painon massa jokaiselle suoritukselle, anna sen asettua ja kirjaa sen uponnut osuus.
Hallitseva yhtälö
Arkhimedeen laki (maksimissa) — F_b = ρ·V·g
Suurin nostevoima, jonka kappale koskaan saa, on ρ·g·V_full – sen siirtämän fluidin paino, jos se olisi kokonaan uponneena. Kun kappaleen paino ylittää tämän rajan, se uppoaa ja pysyy täysin uponneena; lisämäärä ei voi upottaa sitä pidemmälle, koska se siirtää jo koko tilavuutensa.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Laske painon koko tilavuus sen säteestä (0.4 m) ja suurin mahdollinen nostevoima ρ·g·V_full käyttäen veden tiheyttä 1000 kg/m³. Vertaa sitä jokaisen suorituksen painoon.
- Selitä, miksi uponnut osuus pysyy katottuna arvossa 1.0 (100 %), kun paino ylittää suurimman nostevoiman, riippumatta siitä, kuinka paljon raskaammaksi paino muuttuu.
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Tämän painon suurin nostevoima on noin 24.6 N – mikä tahansa massa noin 2.5 kg:n alapuolella kelluisi sen sijaan. Vertaa tätä fluid-float-kokeeseen: mikä määrää, kelluuko kappale vai uppoaako se?
- Merivesi on tiheämpää kuin makea vesi. Upottaako makeassa vedessä täysin uppoava paino välttämättä täysin merivedessä? Selitä nostevoimakaavan avulla.
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Tervetuloa uppoavaan palloon
- Valitse uppoava pallo
- Paina Toista
- Uppoaminen
- Avaa Ominaisuudet-paneeli
- Onnistuit!
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →