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 tàu chìm 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.
- Tàu chìm nặng hơn chìm ít hơn vì nó rơi nhanh hơn.
2 · Thiết lập
- Mở cài đặt sẵn bồn chứa chất lỏng và nhấn Đặt lại. Tàu chìm rơi xuống nước và dừng lại trên sàn 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 chì 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
- Tính thể tích đầy đủ của quả nặng từ bán kính của nó ( 0.4 m) 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.
- Giải thích tại sao phần chìm vẫn bị giới hạn ở mức 1,0 (100%) khi trọng lượng vượt quá lực nổi tối đa, bất kể tàu chìm nặng hơn bao nhiêu.
5 · Gia hạn
- Lực nổi tối đa của tàu chìm này là khoảng 24,6 N - thay vào đó, bất kỳ khối lượng nào dưới khoảng 2,5 kg sẽ nổi. So sánh điều này với thí nghiệm thả nổi chất lỏng: điều gì quyết định một vật nổi hay chìm?
- Nước biển đậm đặc hơn nước ngọt. Liệu một tàu chìm hoàn toàn trong nước ngọt có nhất thiết phải chìm hoàn toàn trong nước biển không? Giải thích bằng công thức lực nổi.
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.