Zabawne eksperymenty z zasadą Archimedesa

Zawartość

• Jak to się wszystko zaczęło
• Piłka kontra kadłub
• Unosząc balon helowy
• Pływający Winogrono

„Oasis of the Seas” to największy na świecie statek wycieczkowy o masie 100 000 ton, ale pływa. Projektanci statków stosują zasadę Archimedesa, która mówi, że aby łódź mogła pływać, musi wypierać taką samą objętość wody, która przewyższa jej ciężar. Ta złożona koncepcja jest bardziej dostępna dla studentów dzięki zastosowaniu ciekawych demonstracji i eksperymentów, takich jak te opisane poniżej.

Jak to się wszystko zaczęło

W starożytnej Grecji król Hiero II zlecił koronę miejscowemu złotnikowi. Wątpił, by było to czyste złoto, więc powierzył filozofowi-naukowcowi Archimedesowi zadanie odnalezienia. Archimedes wszedł do ciepłej kąpieli i zobaczył, jak woda rozlewa się z boku, gdy zatonął w wannie i zdał sobie sprawę, że wyparta woda jest równa objętości jego ciała. „Eureka!” Wykrzyknął, gdy stwierdził, że może użyć tej techniki przemieszczenia do obliczenia objętości i gęstości korony. Jego test wykazał, że gęstość koron była mniejsza niż złoto, dlatego korona nie była czystym złotem.

Piłka kontra kadłub

Na pytanie, dlaczego aluminiowy cylinder tonie, uczeń może niepoprawnie odpowiedzieć: „Ponieważ waży więcej”. Daj uczniom dwa kawałki folii aluminiowej o wymiarach 5 na 5 cali. Znajdź masę obu. Poproś uczniów, aby zmiażdżyli jeden kwadrat folii w ciasną kulkę, wrzucili do wody i obserwowali, jak tonie. Eksperymentuj z drugim kwadratem, aż znajdziesz sposób na unoszenie się aluminium. Gdy aluminium ma kształt łodzi, będzie się unosić, ponieważ objętość znacznie wzrosła, a masa pozostała taka sama. Kadłub łodzi jest wypełniony powietrzem, zwiększając objętość bez zwiększania ciężaru. Łódź będzie unosić się na wodzie, jeśli masa łodzi będzie mniejsza niż wyparta przez nią woda. Dzięki pustemu kadłubowi łódź wypiera więcej wody niż piłka.

Unosząc balon helowy

••• Comstock / Stockbyte / Getty Images

Siła grawitacji zależy od masy obiektu, który ciągnie go w dół przez płyn. Gdy obiekt zaczyna tonąć, siła wyporu działa na niego popychając go do góry. Jeśli siła grawitacji jest większa niż siła wyporu, obiekt tonie. Balony helowe unoszą się w powietrzu, ponieważ masa powietrza, które wypierają, jest większa niż masa helu i balonu. Przywiąż wstążkę do balonu helowego, a będzie on unosił się, ponieważ siła wyporu jest większa niż siła grawitacji. Zwiększ siłę grawitacji poprzez zwiększenie ciężaru. Przywiąż precle do wstążki, zwiększając ciężar, aż balon opadnie. Teraz gryźć małe kawałki precla, aż balon powoli zacznie się unosić. Jeśli uda ci się „zawisnąć” balon, siła grawitacji jest równa sile wyporu.

Pływający Winogrono

Korzystając z zasady Archimedesa, uczniowie mogą ustalić, czy obiekt zatonie lub unosi się w różnych płynach. Przygotuj przezroczystą szklankę z ciepłą wodą. Dodaj winogrono, a opadnie. Dodaj sól do szklanki, a winogrono zacznie pływać. Zapamiętaj zasadę Archimedesa: Jeśli obiekt w płynie waży więcej niż swoją objętość, tonie. Dodanie soli do wody zwiększy masę na jednostkę objętości, aż będzie równa lub bardziej gęsta niż winogrono. W tym czasie winogron będzie unosić się na powierzchni.