Тонучі тіла: вага проти максимальної виштовхувальної сили
1 · Прогноз
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?
- 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.
2 · Установка
- 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.
3 · Збір даних
| Маса вантажу m (kg) | Вага mg (N) | Частка занурення |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Побудуйте графік частки занурення (вісь y) проти ваги (вісь x) для трьох замірів.
4 · Аналіз
- 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.
5 · Поглиблення
- 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.
Фізика цього експерименту
Закон Архімеда (на максимумі)
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.