Zinkende voorwerpen: gewicht versus maximale opwaartse kracht
1 · Voorspel
Een metalen zinklood wordt in water geworpen en komt volledig ondergedompeld op de bodem tot rust. Als het eenmaal volledig ondergedompeld is, verandert het zwaarder maken dan nog hoeveel ervan is ondergedompeld?
- Een zwaarder zinklood dompelt nog verder onder (meer dan 100%).
- Het is al volledig ondergedompeld (100%), dus meer massa kan het niet verder onderdompelen.
- Een zwaarder zinklood dompelt minder onder omdat het sneller zinkt.
2 · Opstelling
- Open de voorinstelling fluid-sink en druk op Herstel. Het zinklood zakt door het water en komt op de bodem van de tank tot rust.
- Zet de sonde voor het ondergedompelde deel op het zinklood aan.
- Stel voor elke meting de massa van het zinklood in, laat het tot rust komen en noteer het ondergedompelde deel.
3 · Verzamel gegevens
| Massa van het zinklood m (kg) | Gewicht mg (N) | Ondergedompeld deel |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Zet voor je drie metingen het ondergedompelde deel (y-as) uit tegen het gewicht (x-as).
4 · Analyseer
- Bereken het volledige volume van het zinklood uit zijn straal (0,4 m) en de maximaal mogelijke opwaartse kracht ρ·g·V_full met de dichtheid van water 1000 kg/m³. Vergelijk met het gewicht van elke meting.
- Leg uit waarom het ondergedompelde deel op 1,0 (100%) blijft steken zodra het gewicht de maximale opwaartse kracht overtreft, hoeveel zwaarder het zinklood ook wordt.
5 · Verdiep
- De maximale opwaartse kracht op dit zinklood is ongeveer 24,6 N — elke massa onder de ongeveer 2,5 kg zou in plaats daarvan drijven. Vergelijk dit met het fluid-float-experiment: wat bepaalt of een voorwerp drijft of zinkt?
- Zeewater is dichter dan zoet water. Zou een zinklood dat in zoet water volledig onderdompelt ook in zeewater noodzakelijk volledig onderdompelen? Leg uit met de formule voor de opwaartse kracht.
De natuurkunde achter dit experiment
Wet van Archimedes (op het maximum)
De grootste opwaartse kracht die een voorwerp ooit kan ontvangen is ρ·g·V_full — het gewicht van de vloeistof die het zou verplaatsen als het volledig ondergedompeld was. Zodra het gewicht van een voorwerp deze grens overschrijdt, zinkt het en blijft het volledig ondergedompeld; extra massa kan het niet verder onderdompelen omdat het al zijn hele volume verplaatst.