Плавучесть: меняет ли масса плавающего тела его осадку?
1 · Прогноз
Пробка плавает в воде. Если взять более тяжёлую пробку того же размера, как изменится удерживающая её выталкивающая сила?
- Выталкивающая сила растёт, чтобы уравновесить больший вес.
- Выталкивающая сила остаётся той же при любой массе.
- Выталкивающая сила уменьшается, потому что пробка сидит ниже.
2 · Подготовка
- Откройте пресет плавания и нажмите «Сброс». Пробка плавает на поверхности воды.
- Включите датчик выталкивающей силы на пробке.
- Задайте массу пробки для каждой пробы, дайте ей успокоиться до равновесия и запишите погружённую долю и показание выталкивающей силы.
3 · Сбор данных
| Масса пробки m (kg) | Погружённая доля | Выталкивающая сила F_b (N) |
|---|---|---|
| 1.00 | ||
| 1.50 | ||
| 2.00 |
Постройте выталкивающую силу F_b (ось y) против массы m (ось x) для трёх проб. Какую форму имеет линия?
4 · Анализ
- Для каждой пробы вычислите m·g при g = 9.8 м/с² и сравните с показанием выталкивающей силы.
- Объясните, почему выталкивающая сила плавающего тела всегда равна его весу, независимо от того, какая его часть погружена.
5 · Развитие
- Если продолжать добавлять пробке массу, в какой момент она перестанет плавать и утонет? Что должно выполняться для выталкивающей силы в этот момент?
- Стальной блок тонет, но стальной корабль плавает. По закону Архимеда объясните, как форма — а не материал — делает это возможным.
Физика этого эксперимента
Закон Архимеда
Выталкивающая сила на погружённом (или плавающем) теле равна весу вытесненной им жидкости. В равновесии выталкивающая сила плавающего тела точно уравновешивает его вес — поэтому ваши два столбца должны совпадать.