Süllyedő testek: súly és maximális felhajtóerő
1 · Jóslás
Egy fémből készült nehezéket ejtenek a vízbe, és a tartály alján megállva nyugszik, teljesen merülten. Miután teljesen merült, a nehezébbé tétel változtatja, mennyire merül?
- Egy nehezebb nehezék még jobban merül (100% fölött).
- Már teljesen merült (100%), tehát több tömeg nem merítheti mélyebbre.
- Egy nehezebb nehezék kevésbé merül, mert gyorsabban esik.
2 · Előkészítés
- Nyisd meg a fluid-sink előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. A nehezék átesik a vízen, és a tartály alján áll meg.
- Engedélyezd a merülési hányad mérőjét a nehezéken.
- Állítsd be a nehezék tömegét minden mérésnél, hagyd lerendeződni, és rögzítsd a merülési hányadát.
3 · Adatgyűjtés
| Nehezék tömege m (kg) | Súly mg (N) | Bemerített hányad |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Ábrázold a merülési hányadot (y-tengely) a súollyal (x-tengely) szemben a három mérésedhez.
4 · Elemzés
- Számítsd ki a nehezék teljes térfogatát a sugarából (0.4 m), és a ρ·g·V_full maximális felhajtóerőt 1000 kg/m³ vízsűrűséggel. Hasonlítsd minden mérés súlyához.
- Magyarázd meg, miért marad a merülési hányad 1.0-nál (100%) plafonon, amint a súly meghaladja a maximális felhajtóerőt, bármennyivel nehezebb lesz a nehezék.
5 · Kiterjesztés
- Ennek a nehezéknek a maximális felhajtóereje kb. 24.6 N — kb. 2.5 kg alatti minden tömeg lebegne helyette. Hasonlítsd ezt a fluid-float kísérlethez: mi határozza meg, hogy egy test lebeg vagy elsüllyed?
- A tengervíz sűrűbb, mint az édesvíz. Egy nehezék, amely édesvízben teljesen merül, szükségszerűen teljesen merülne tengervízben is? Magyarázd meg a felhajtóerő-képlettel.
A fizika a kísérlet mögött
Arkhimédész-elv (a maximumnál)
A legnagyobb felhajtóerő, amelyet egy test valaha kaphat, ρ·g·V_full — annak a folyadéknak a súlya, amelyet teljesen merülve kiszorítana. Amint egy test súlya meghaladja ezt a határt, elsüllyed és teljesen merül marad; több tömeg nem merítheti mélyebbre, mert már egész térfogatát kiszorítja.