Tonući objekti: težina naspram maksimalne uzgonske sile
1 · Predviđanje
Metalni tonjući predmet ispušten je u vodu i miruje na dnu, potpuno potopljen. Jednom kad je potpuno potopljen, mijenja li gađenje težim koliko je potopljen?
- Teži tonjući predmet tone još više (preko 100%).
- Već je potpuno potopljen (100%), pa ga više mase ne može potopiti dublje.
- Teži tonjući predmet tone manje jer pada brže.
2 · Postava
- Otvori postav fluid-sink i pritisni Resetiraj. Tonući predmet pada kroz vodu i miruje na dnu spremnika.
- Omogući sondu potopljenog udjela na tonućem predmetu.
- Postavi masu tonućeg predmeta za svaki pokušaj, pusti da se smiri i zabilježi njegov potopljeni udio.
3 · Prikupljanje podataka
| Masa tonućeg predmeta m (kg) | Težina mg (N) | Potopljeni udio |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Nacrtaj potopljeni udio (y-os) naspram težine (x-os) za svoja tri pokušaja.
4 · Analiza
- Izračunaj puni volumen tonućeg predmeta iz njegovog polumjera (0.4 m) i maksimalnu moguću uzgonsku silu ρ·g·V_full koristeći gustoću vode 1000 kg/m³. Usporedi s težinom svakog pokušaja.
- Objasni zašto potopljeni udio ostaje ograničen na 1.0 (100%) jednom kad težina premaši maksimalnu uzgonsku silu, ma koliko tonući predmet bio teži.
5 · Proširenje
- Maksimalna uzgonska sila ovog tonućeg predmeta je oko 24.6 N — svaka masa ispod oko 2.5 kg bi umjesto toga plutala. Usporedi s pokusom fluid-float: što određuje pluta li objekt ili tone?
- Morska voda je gušća od slatke. Bi li tonući predmet koji se potpuno potapa u slatkoj vodi nužno potpuno potonuo i u morskoj? Objasni formulom uzgonske sile.
Fizika iza ovog pokusa
Arhimedov zakon (pri maksimumu)
Najveća uzgonska sila koju objekt ikad može primiti jest ρ·g·V_full — težina fluida koji bi istisnuo kad bi bio cijel potopljen. Kad težina objekta premaši tu gornju granicu, on tone i ostaje potpuno potopljen; dodatna masa ga ne može potopiti dublje jer već istiskuje cijeli svoj volumen.