Sjunkande föremål: Tyngd mot maximal lyftkraft
1 · Förutsäg
Ett metalsänke tappas i vatten och kommer att vila på botten, helt nedsänkt. När det väl är helt nedsänkt, ändrar det hur nedsänkt det är om man gör det tyngre?
- Ett tyngre sänke blir ännu mer nedsänkt (över 100 %).
- Det är redan helt nedsänkt (100 %), så mer massa kan inte sänka ner det ytterligare.
- Ett tyngre sänke blir mindre nedsänkt eftersom det faller snabbare.
2 · Uppbyggnad
- Öppna förinställningen Sjunkning i vätska och tryck på Återställ. Sänket faller genom vattnet och kommer att vila på tankbotten.
- Aktivera proben för nedsänkt andel på sänket.
- Ställ in sänkets massa för varje försök, låt det stabilisera sig och notera dess nedsänkta andel.
3 · Samla data
| Sänkmassa m (kg) | Tyngd mg (N) | Nedsänkt andel |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Rita den nedsänkta andelen (y-axeln) mot tyngden (x-axeln) för dina tre försök.
4 · Analysera
- Beräkna sänkets hela volym från dess radie (0.4 m) och den största möjliga lyftkraften ρ·g·V_full med vattendensiteten 1000 kg/m³. Jämför med varje försöks tyngd.
- Förklara varför den nedsänkta andelen förblir låst på 1.0 (100 %) när tyngden överstiger den maximala lyftkraften, oavsett hur mycket tyngre sänket blir.
5 · Utvidga
- Detta sänkes maximala lyftkraft är cirka 24,6 N — varje massa under cirka 2,5 kg skulle i stället flyta. Jämför med experimentet Flyt i vätska: vad avgör om ett föremål flyter eller sjunker?
- Havsvatten har högre densitet än sötvatten. Skulle ett sänke som är helt nedsänkt i sötvatten nödvändigtvis vara helt nedsänkt i havsvatten? Förklara med formeln för lyftkraften.
Fysiken bakom det här experimentet
Arkimedes princip (vid maximum)
Den största lyftkraft ett föremål någonsin kan få är ρ·g·V_full — tyngden av den vätska det skulle tränga undan om det var helt nedsänkt. När ett föremåls tyngd överstiger detta tak sjunker det och förblir helt nedsänkt; mer massa kan inte sänka ner det ytterligare eftersom det redan tränger undan hela sin volym.