Potapljajoči predmeti: teža proti največji vzgonski sili
1 · Predvidi
Kovinski potopnik je spuščen v vodo in pride v mirovanje na dnu, povsem potopljen. Ko je povsem potopljen, ali ga narediti težjega spremeni, kako potopljen je?
- Težji potopnik se potopi še bolj (čez 100 %).
- Že je povsem potopljen (100 %), zato več masa ne more potopiti globlje.
- Težji potopnik se potopi manj, ker pade hitreje.
2 · Pripravi
- Odpri prednastavitev fluid-sink in pritisni Ponastavi. Potopnik pade skozi vodo in pride v mirovanje na dnu rezervoarja.
- Omogoči sondo potopljenega deleža na potopniku.
- Nastavi maso potopnika za vsak poskus, pusti se umiriti in zabeleži njegov potopljeni delež.
3 · Zberi podatke
| Masa potopnika m (kg) | Teža mg (N) | Potopljeni delež |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Nariši potopljeni delež (os y) proti teži (os x) za svoje tri poskuse.
4 · Analiziraj
- Izračunaj polno prostornino potopnika iz njegovega polmera (0,4 m) in največjo možno vzgonsko silo ρ·g·V_full z gostoto vode 1000 kg/m³. Primerjaj s težo vsakega poskusa.
- Razloži, zakaj potopljeni delež ostane omejen na 1,0 (100 %), ko teža preseže največjo vzgonsko silo, ne glede na to, kako veliko težji potopnik postane.
5 · Razširi
- Največja vzgonska sila tega potopnika je približno 24,6 N — vsaka masa pod približno 2,5 kg bi plavala namesto tega. Primerjaj s poskusom fluid-float: kaj določa, ali predmet plava ali potone?
- Morska voda je gostejša od sladke. Ali bi potopnik, ki se v sladki vodi povsem potopi, nujno tudi v morski vodi? Razloži s formulo vzgonske sile.
Fizika za tem poskusom
Arhimedov zakon (pri maksimumu)
Največja vzgonska sila, ki jo predmet kdaj koli lahko prejme, je ρ·g·V_full — teža fluida, ki bi ga razrešil, če bi bil povsem potopljen. Ko teža predmeta preseže ta pokrov, potone in ostane povsem potopljen; dodajanje mase ga ne more potopiti globlje, ker že razreša svojo celo prostornino.