تجارب ممتعة لمبدأ أرخميدس

"واحة البحار" هي أكبر سفينة سياحية في العالم وتبلغ كتلتها 100 ألف طن ، ومع ذلك فهي تطفو. يستخدم مصممو السفن مبدأ أرخميدس ، الذي ينص على أنه لكي يطفو القارب ، يجب أن يزيح كمية مساوية من الماء أكبر من وزنه. أصبح هذا المفهوم المعقد في متناول الطلاب من خلال استخدام العروض التوضيحية والتجارب الشيقة مثل تلك الموضحة أدناه.

في اليونان القديمة ، أمر الملك هييرو الثاني بصنع تاج بواسطة صائغ محلي. كان يشك في أنه ذهب خالص ، لذلك كلف الفيلسوف والعالم أرخميدس بمهمة اكتشافه. دخل أرخميدس في حمام دافئ ورأى الماء يتسرب على الجانب بينما كان يغرق في الحوض وأدرك أن الماء المزاح كان مساويًا لحجم جسده.

"يوريكا!" صرخ عندما قرر أنه يمكنه استخدام تقنية الإزاحة هذه لحساب حجم وكثافة التاج. أثبت اختباره أن كثافة التاج كانت أقل من الذهب ، وبالتالي لم يكن التاج من الذهب الخالص.

عندما يُسأل الطالب عن سبب غرق أسطوانة الألمنيوم ، قد يجيب بشكل غير صحيح ، "لأن وزنها أكبر".

امنح الطلاب قطعتين من رقائق الألومنيوم مقاس 5 × 5 بوصات. أوجد كتلة كلاهما. اطلب من الطلاب أن يسحقوا مربعًا واحدًا من القصدير في كرة محكمة ، ثم يسقطوه في الماء ويشاهدونه وهو يغرق. جرب المربع الثاني حتى تجد طريقة لجعل الألمنيوم يطفو.

عندما يتشكل الألمنيوم على شكل قارب فإنه يطفو بسببه زاد الحجم بشكل كبير بينما بقيت الكتلة على حالها. تمتلئ بدن القارب بالهواء ، مما يزيد من حجمه دون إضافة وزن كبير. سوف يطفو القارب إذا كانت كتلة القارب أقل من الماء الذي يزيحه. مع بدن أجوف ، سوف يزيح القارب كمية من الماء أكثر من الكرة.

•••كومستوك / ستوكبيت / جيتي إيماجيس

تعتمد قوة الجاذبية على كتلة الجسم لجذبه لأسفل عبر سائل. عندما يبدأ الجسم في الغرق ، تعمل قوة الطفو على دفع الجسم لأعلى. إذا كانت قوة الجاذبية أكبر من قوة الطفو ، فسيغرق الجسم. تطفو بالونات الهيليوم في الهواء بسبب ذلك كتلة الهواء التي تزيحها أكبر من كتلة الهليوم والبالون.

اربط شريطًا ببالون هيليوم وسوف يطفو لأن قوة الطفو أكبر من قوة الجاذبية. زيادة قوة الجاذبية بزيادة الوزن. قم بربط المعجنات بالشريط لزيادة الوزن حتى يغرق البالون. الآن قم بقضم قطع صغيرة من البسكويت المملح حتى يبدأ البالون في الارتفاع ببطء. إذا تمكنت من جعل البالون "يحوم" ، فإن قوة الجاذبية تساوي قوة الطفو.

باستخدام مبدأ أرخميدس ، يمكن للطلاب تحديد ما إذا كان الجسم سيغرق أو يطفو في سوائل مختلفة.

تحضير كوب شفاف بالماء الدافئ. أضف حبة عنب وسوف تغوص. يضاف الملح إلى الكوب ويبدأ العنب في الطفو. تذكر مبدأ أرخميدس: إذا كان وزن الجسم أكبر من حجمه في السائل ، فسوف يغرق. ستؤدي إضافة الملح إلى الماء إلى زيادة الكتلة لكل وحدة حجم حتى تصبح مساوية أو أكثر كثافة من العنب. في هذا الوقت سوف يطفو العنب.

يمكنك أيضًا دعوة الطلاب إلى ابتكار أفكار ذكية حول الأشياء ذات الأشكال الغريبة التي قد تطفو أو لا تطفو ، ووصف كيف يمكن استخدامها.