Płyny
Tonie czy pływa
Obserwuj, jak gęsta kula tonie — jej ciężar przewyższa siłę wyporu.
Tonie czy pływa — interaktywna symulacja: Płyny. Obserwuj, jak gęsta kula tonie — jej ciężar przewyższa siłę wyporu. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Wypór ujemny
Gęste ciało tonie, gdy jego ciężar przewyższa maksymalną siłę wyporu, jaką może dostarczyć ciecz.
Jeśli średnia gęstość ciała jest większa niż cieczy, siła wyporu (liczona dla pełnej objętości przy zanurzeniu) nigdy nie sięga ciężaru. Kula przyspiesza w dół.
- F_b = ρ_fluid · V · g
- Tonie: mg > F_b
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Metalowy obciążnik wrzucono do wody i osiadł na dnie, całkowicie zanurzony. Gdy jest całkowicie zanurzony, czy zwiększenie jego ciężaru zmienia stopień zanurzenia?
Prognozy do rozważenia
- Cięższy obciążnik zanurza się jeszcze bardziej (ponad 100%).
- Już jest całkowicie zanurzony (100%), więc większa masa nie może zanurzyć go głębiej.
- Cięższy obciążnik zanurza się mniej, bo opada szybciej.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Masa obciążnika m (kg)
Co mierzysz:
- Ciężar mg (N)
- Ułamek zanurzenia
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset tonięcia i naciśnij Reset. Obciążnik opada przez wodę i osiada na dnie zbiornika.
- Włącz sondę ułamka zanurzenia na obciążniku.
- Ustaw masę obciążnika dla każdej próby, pozwól mu osiąść i zapisz jego ułamek zanurzenia.
Równanie rządzące
Prawo Archimedesa (w maksimum) — F_b = ρ·V·g
Największa siła wyporu, jaką ciało kiedykolwiek może otrzymać, to ρ·g·V_full — ciężar cieczy, którą wyparłoby przy całkowitym zanurzeniu. Gdy ciężar ciała przekroczy ten limit, tonie i pozostaje całkowicie zanurzony; dodanie masy nie zanurzy go głębiej, bo już wypiera całą swoją objętość.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Oblicz pełną objętość obciążnika z promienia (0.4 m) i maksymalną możliwą siłę wyporu ρ·g·V_full z gęstości wody 1000 kg/m³. Porównaj z ciężarem każdej próby.
- Wyjaśnij, dlaczego ułamek zanurzenia pozostaje ograniczony do 1.0 (100%), gdy ciężar przekroczy maksymalną siłę wyporu, niezależnie od tego, jak cięższy będzie obciążnik.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Maksymalna siła wyporu tego obciążnika to około 24.6 N — każda masa poniżej około 2.5 kg pływałaby zamiast tonąć. Porównaj z eksperymentem pływania: co decyduje, czy ciało pływa czy tonie?
- Woda morska jest gęstsza od słodkiej. Czy obciążnik całkowicie zanurzony w słodkiej wodzie koniecznie zanurzy się całkowicie w morskiej? Wyjaśnij wzorem siły wyporu.
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Witamy w tonięciu
- Zaznacz kulę tonącą
- Naciśnij Play
- Opadanie
- Otwórz panel Właściwości
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →