Wypór: czy masa pływającego ciała zmienia jego zanurzenie?
1 · Prognoza
Korek pływa w wodzie. Jeśli użyjesz cięższego korka o tym samym rozmiarze, jak zmieni się siła wyporu go utrzymująca?
- Siła wyporu rośnie, by zrównoważyć cięższy ciężar.
- Siła wyporu pozostaje taka sama niezależnie od masy.
- Siła wyporu maleje, bo korek siedzi niżej.
2 · Przygotowanie
- Otwórz preset pływania i naciśnij Reset. Korek pływa na powierzchni wody.
- Włącz sondę siły wyporu na korku.
- Ustaw masę korka dla każdej próby, pozwól mu osiągnąć równowagę i zapisz ułamek zanurzenia oraz odczyt siły wyporu.
3 · Zbieranie danych
| Masa korka m (kg) | Ułamek zanurzenia | Siła wyporu F_b (N) |
|---|---|---|
| 1.00 | ||
| 1.50 | ||
| 2.00 |
Narysuj siłę wyporu F_b (oś y) względem masy m (oś x) dla trzech prób. Jaki kształt ma linia?
4 · Analiza
- Dla każdej próby oblicz m·g przy g = 9.8 m/s² i porównaj z odczytem siły wyporu.
- Wyjaśnij, dlaczego siła wyporu pływającego ciała zawsze równa się jego ciężarowi, niezależnie od tego, jak dużo jest zanurzone.
5 · Rozszerzenie
- Gdybyś dalej dodawał masę do korka, w którym momencie przestałby pływać i zaczął tonąć? Co musiałoby być prawdą o sile wyporu w tym punkcie?
- Blok stali tonie, ale stalowy statek pływa. Prawem Archimedesa wyjaśnij, jak kształt — nie materiał — to umożliwia.
Fizyka tego eksperymentu
Prawo Archimedesa
Siła wyporu na zanurzonym (lub pływającym) ciele równa się ciężarowi wypartej cieczy. W równowadze siła wyporu pływającego ciała dokładnie równoważy jego ciężar — dlatego Twoje dwie kolumny powinny się zgadzać.