Жидкости
Утонет или всплывёт
Проследите, как плотный шар тонет — его вес превышает выталкивающую силу.
Утонет или всплывёт — интерактивная симуляция (Жидкости). Проследите, как плотный шар тонет — его вес превышает выталкивающую силу. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Отрицательная плавучесть
Плотное тело тонет, когда его вес превышает максимальную выталкивающую силу, которую может дать жидкость.
Если средняя плотность тела больше плотности жидкости, выталкивающая сила (по полному вытесненному объёму при погружении) никогда не достигает веса. Шар ускоряется вниз.
- F_b = ρ_fluid · V · g
- Тонет: mg > F_b
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Металлический груз бросают в воду, и он ложится на дно полностью погружённым. Раз он уже полностью под водой, меняет ли утяжеление степень его погружения?
Прогнозы для взвешивания
- Более тяжёлый груз погружается ещё сильнее (свыше 100%).
- Он уже полностью погружён (100%), поэтому большая масса не может погрузить его глубже.
- Более тяжёлый груз погружается меньше, потому что падает быстрее.
Роли переменных
Что вы задали:
- Масса груза m (kg)
Что вы измеряете:
- Вес mg (N)
- Погружённая доля
Как идёт исследование
- Откройте пресет погружения и нажмите «Сброс». Груз опускается сквозь воду и ложится на дно резервуара.
- Включите датчик погружённой доли на грузе.
- Задайте массу груза для каждой пробы, дайте ему успокоиться и запишите его погружённую долю.
Определяющее уравнение
Закон Архимеда (на максимуме) — F_b = ρ·V·g
Наибольшая выталкивающая сила, которую тело может когда-либо получить, — ρ·g·V_full: вес жидкости, которую оно вытеснило бы при полном погружении. Как только вес тела превышает этот предел, оно тонет и остаётся полностью погружённым; добавление массы не может погрузить его глубже, потому что он уже вытесняет весь свой объём.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Вычислите полный объём груза по его радиусу (0.4 m) и максимально возможную выталкивающую силу ρ·g·V_full при плотности воды 1000 kg/m³. Сравните с весом каждой пробы.
- Объясните, почему погружённая доля остаётся на пределе 1.0 (100%), когда вес превышает максимальную выталкивающую силу, независимо от того, насколько тяжелее становится груз.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Максимальная выталкивающая сила этого груза около 24.6 N — любая масса ниже примерно 2.5 kg всплыла бы. Сравните с экспериментом плавания: что определяет, плавает тело или тонет?
- Морская вода плотнее пресной. Груз, полностью погружённый в пресной воде, обязательно ли полностью погрузится в морской? Объясните по формуле выталкивающей силы.
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Добро пожаловать в погружение
- Выберите тонущий шар
- Нажмите Play
- Погружение
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →