डूबती हुई वस्तुएँ: वजन बनाम अधिकतम उत्प्लावन बल
1 · भविष्यवाणी
एक धातु सिंकर को पानी में गिराया जाता है और वह पूरी तरह से डूबकर तल पर स्थिर हो जाता है। एक बार जब यह पूरी तरह से डूब जाता है, तो क्या इसे भारी बनाने से यह बदल जाता है कि यह कितना डूबा हुआ है?
- एक भारी सिंकर और भी अधिक (100% से अधिक) डूबता है।
- यह पहले से ही पूरी तरह से डूबा हुआ है (100%), इसलिए अधिक द्रव्यमान इसे और नहीं डुबो सकता है।
- एक भारी सिंकर कम डूबता है क्योंकि यह तेजी से गिरता है।
2 · सेट अप
- fluid-sink प्रीसेट खोलें और रीसेट दबाएँ। सिंकर पानी के माध्यम से गिरता है और टैंक के फर्श पर रुक जाता है।
- सिंकर पर submerged-fraction जाँच सक्षम करें।
- प्रत्येक परीक्षण के लिए सिंकर का द्रव्यमान निर्धारित करें, इसे व्यवस्थित होने दें और इसके डूबे हुए अंश को रिकॉर्ड करें।
3 · डेटा एकत्रित करें
| सिंकर मास एम (kg) | वज़न mg (N) | डूबा हुआ अंश |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
अपने तीन परीक्षणों के लिए वजन (x-अक्ष) के विरुद्ध जलमग्न अंश (y-अक्ष) प्लॉट करें।
4 · विश्लेषण करें
- यह सिमुलेशन सिंकर को 0.4 m त्रिज्या की एक डिस्क के रूप में मॉडल करता है जो टैंक की निश्चित स्लाइस गहराई 0.005 m से गुज़रती है — पानी के घनत्व 1000 kg/m³ का उपयोग करके उसकी पूरी मात्रा V_full = π·r²·(स्लाइस गहराई) और अधिकतम संभव उत्प्लावन बल ρ·g·V_full की गणना करें। प्रत्येक परीक्षण के वजन से इसकी तुलना करें।
- बताएं कि एक बार वजन अधिकतम उत्प्लावन बल से अधिक हो जाने पर डूबा हुआ अंश 1.0 (100%) पर सीमित क्यों रहता है, चाहे सिंकर कितना भी भारी क्यों न हो जाए।
5 · विस्तार
- इस सिंकर का अधिकतम उत्प्लावन बल लगभग 24.6 N है - इसके बजाय लगभग 2.5 किलोग्राम से कम का कोई भी द्रव्यमान तैरता रहेगा। इसकी तुलना fluid-float प्रयोग से करें: यह क्या निर्धारित करता है कि कोई वस्तु तैरती है या डूबती है?
- समुद्री जल ताजे जल की तुलना में सघन होता है। क्या एक सिंकर जो ताजे पानी में पूरी तरह डूब जाता है, आवश्यक रूप से समुद्री पानी में भी पूरी तरह डूब जाएगा? buoyant-force सूत्र का प्रयोग करके समझाइये।
इस प्रयोग के पीछे का भौतिकी
आर्किमिडीज़ का सिद्धांत (अधिकतम)
…यह उस द्रव का भार है जिसे वह पूर्णतः डूबने पर विस्थापित करता…