Механіка рідин
Тоне чи плаває
Спостерігайте, як густа куля тоне — її вага перевищує виштовхувальну силу.
Тоне чи плаває — інтерактивне моделювання: Механіка рідин. Спостерігайте, як густа куля тоне — її вага перевищує виштовхувальну силу. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.
Від'ємна плавучість
Густе тіло тоне, коли його вага перевищує максимальну виштовхувальну силу, яку може дати рідина.
Якщо середня густина тіла більша за густину рідини, виштовхувальна сила (з повного витісненого об'єму при зануренні) ніколи не сягає ваги. Куля прискорюється вниз.
- F_b = ρ_fluid · V · g
- Тоне: mg > F_b
Короткий опис дослідження
Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію
Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.
Рушійне запитання
Металевий вантаж упущено у воду, і він спочиває на дні, повністю занурений. Якщо він уже повністю занурений, чи змінює збільшення його маси, наскільки він занурений?
Прогнози для зважування
- Важчий вантаж занурюється ще більше (понад 100%).
- Він уже повністю занурений (100%), тож більша маса не може занурити його глибше.
- Важчий вантаж занурюється менше, бо падає швидше.
Ролі змінних
Що ви задаєте:
- Маса вантажу m (kg)
Що ви вимірюєте:
- Вага mg (N)
- Частка занурення
Як проходить дослідження
- Відкрийте пресет «Тоне чи плаває» та натисніть «Скинути». Вантаж падає крізь воду та спочиває на дні резервуара.
- Увімкніть датчик частки занурення на вантажі.
- Задайте масу вантажу для кожного заміру, дайте йому влаштуватися та запишіть його частку занурення.
Керівне рівняння
Закон Архімеда (на максимумі) — F_b = ρ·V·g
Найбільша виштовхувальна сила, яку тіло може отримати, — це ρ·g·V_full: вага рідини, яку воно витіснило б, якби було занурене повністю. Щойно вага тіла перевищує цю межу, воно тоне й лишається повністю зануреним; додаткова маса не може занурити його глибше, бо воно вже витісняє весь свій об'єм.
Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити
- Обчисліть повний об'єм вантажу з його радіуса (0.4 м) та максимально можливу виштовхувальну силу ρ·g·V_full, використовуючи густину води 1000 кг/м³. Порівняйте з вагою кожного заміру.
- Поясніть, чому частка занурення лишається обмеженою 1.0 (100%), щойно вага перевищує максимальну виштовхувальну силу, яким би важчим вантаж не робили.
Де це трапляється за межами лабораторії
- Максимальна виштовхувальна сила цього вантажу — близько 24.6 N; будь-яка маса менша за приблизно 2.5 кг плавала б натомість. Порівняйте це з експериментом «Плавання»: що визначає, тоне тіло чи плаває?
- Морська вода густіша за прісну. Чи обов'язково вантаж, що повністю занурюється у прісній воді, повністю зануриться й у морській? Поясніть формулою виштовхувальної сили.
- AP Physics 1 — Unit 8: Fluids
- General High School Physics — Fluids & pressure
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Вітаємо в зануренні
- Виберіть вантаж-топляк
- Натисніть «Запустити»
- Занурення
- Відкрийте панель властивостей
- У вас вийшло!
Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.
Відкрити інтерактивну лабораторію →
Завантажити лабораторний аркуш →