Vật thể chìm: Trọng lượng so với lực nổi tối đa
1 · Dự đoán
Một quả nặng bằng kim loại được thả rơi xuống nước và nằm yên dưới đáy, chìm hoàn toàn. Một khi nó đã chìm hoàn toàn, việc làm cho nó nặng hơn có làm thay đổi mức độ chìm của nó không?
- Một quả nặng hơn thậm chí còn chìm nhiều hơn (trên 100%).
- Nó đã chìm hoàn toàn (100%), nên khối lượng lớn hơn không thể nhấn chìm nó thêm nữa.
- Quả nặng hơn chìm ít hơn vì nó rơi nhanh hơn.
2 · Thiết lập
- Mở cài đặt sẵn chìm trong chất lỏng (fluid-sink) và nhấn Đặt lại. Quả nặng rơi xuống nước và nằm yên trên đáy bể.
- Kích hoạt đầu dò phân đoạn chìm trên quả nặng.
- Đặt khối lượng của quả nặng cho mỗi lần thử, để nó lắng xuống và ghi lại phần chìm của nó.
3 · Thu thập dữ liệu
| Khối lượng quả nặng m (kg) | trọng lượng mg (N) | Phần chìm trong nước |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Vẽ biểu đồ phần chìm (trục y) theo trọng lượng (trục x) cho ba lần thử của bạn.
4 · Phân tích
- Mô phỏng này mô hình hóa quả nặng như một đĩa bán kính 0.4 m được kéo dài qua độ sâu lát cắt cố định của bể 0.005 m — tính thể tích đầy đủ của nó V_full = π·r²·(độ sâu lát cắt) và lực nổi tối đa có thể ρ·g·V_full sử dụng mật độ nước 1000 kg/m³. So sánh nó với trọng lượng của từng lần thử.
- ...bất kể quả nặng nặng hơn bao nhiêu.
5 · Gia hạn
- Lực nổi tối đa của quả nặng này là khoảng 24,6 N... So sánh điều này với thí nghiệm nổi trong chất lỏng:...
- Liệu một quả nặng chìm hoàn toàn trong nước ngọt có nhất thiết phải chìm hoàn toàn trong nước biển không?
Vật lý đằng sau thí nghiệm này
Nguyên lý Archimedes (tối đa)
Lực nổi lớn nhất mà một vật có thể nhận được là ρ·g·V_full — trọng lượng của chất lỏng mà nó sẽ chiếm chỗ nếu chìm hoàn toàn. Khi trọng lượng của một vật vượt quá giới hạn này, nó sẽ chìm xuống và chìm hoàn toàn trong nước; việc tăng thêm khối lượng không thể nhấn chìm nó thêm nữa vì nó đã chiếm chỗ toàn bộ thể tích của nó.