Obiecte care se scufundă: greutate vs. forța arhimedică maximă
1 · Prezice
Un bloc metalic este lăsat în apă și se așază pe fund, complet scufundat. Odată ce e complet scufundat, a-l face mai greu schimbă cât de scufundat este?
- Un bloc mai greu se scufundă și mai mult (peste 100%).
- Este deja complet scufundat (100%), deci mai multă masă nu-l poate scufunda mai departe.
- Un bloc mai greu se scufundă mai puțin, pentru că coboară mai repede.
2 · Montaj
- Deschide presetarea fluid-sink și apasă Resetează. Blocul coboară prin apă și se așază pe podeaua rezervorului.
- Activează sonda fracției scufundate pe bloc.
- Setează masa blocului pentru fiecare încercare, lasă-l să se așeze și înregistrează-i fracția scufundată.
3 · Colectează date
| Masa blocului m (kg) | Greutatea mg (N) | Fracția scufundată |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Plotează fracția scufundată (axa y) în funcție de greutate (axa x) pentru cele trei încercări.
4 · Analizează
- Calculează volumul complet al blocului din raza lui (0.4 m) și forța arhimedică maximă posibilă ρ·g·V_full folosind densitatea apei de 1000 kg/m³. Compară cu greutatea fiecărei încercări.
- Explică de ce fracția scufundată rămâne limitată la 1.0 (100%) odată ce greutatea depășește forța arhimedică maximă, indiferent cât de greu devine blocul.
5 · Extinde
- Forța arhimedică maximă a acestui bloc este de aproximativ 24.6 N — orice masă sub aproximativ 2.5 kg ar pluti în schimb. Compară cu experimentul fluid-float: ce determină dacă un obiect plutește sau se scufundă?
- Apa de mare este mai densă decât apa dulce. Un bloc care se scufundă complet în apa dulce s-ar scufunda neapărat complet în apa de mare? Explică folosind formula forței arhimedice.
Fizica din spatele acestui experiment
Principiul lui Arhimede (la maxim)
Cea mai mare forță arhimedică pe care un obiect o poate primi vreodată este ρ·g·V_full — greutatea fluidului pe care l-ar disloca dacă ar fi complet scufundat. Odată ce greutatea unui obiect depășește această limită, el se scufundă și rămâne complet scufundat; mai multă masă nu-l poate scufunda mai departe, pentru că deja dislocă tot volumul lui.