„Oasis of the Seas“ je největší výletní loď na světě s hmotností 100 000 tun, přesto plave. Návrháři lodí využívají Archimédův princip, který říká, že aby loď mohla plavat, musí vytlačit stejný objem vody více, než je jeho vlastní hmotnost. Tento komplexní koncept je studentům přístupnější díky použití zajímavých demonstrací a experimentů, jako jsou ty popsané níže.
Jak to vše začalo
Ve starověkém Řecku si král Hiero II nechal pověřit korunu místním zlatníkem. Pochyboval, že jde o čisté zlato, a proto dal za úkol zjistit filozofa-vědce Archimeda. Archimedes vstoupil do teplé lázně a viděl, jak se voda rozlila přes bok, když se ponořil do vany a uvědomil si, že vytlačená voda se rovná objemu jeho těla.
"Heuréko!" zvolal, když zjistil, že tuto techniku přemístění může použít k výpočtu objemu a hustoty koruny. Jeho test prokázal, že hustota koruny byla menší než zlato, takže koruna nebyla čistým zlatem.
Míč versus trup
Na otázku, proč se hliníkový válec potápí, může student nesprávně odpovědět: „Protože váží více.“
Dejte studentům dva kusy hliníkové fólie o rozměrech 5 palců x 5 palců. Najděte hmotnost obou. Vyzvěte studenty, aby rozdrtili jeden čtverec fólie do těsné koule, umístili ji do vody a sledovali, jak klesá. Experimentujte s druhým čtvercem, dokud nenajdete způsob, jak hliníkový plovák.
Když má hliník tvar lodi, bude plavat, protože objem se značně zvýšil, zatímco hmotnost zůstala stejná. Trup lodi je naplněn vzduchem, což zvyšuje objem, aniž by přidávalo významnou váhu. Loď bude plavat, pokud je hmotnost lodi menší než voda, kterou vytlačí. S dutým trupem vytlačí loď více vody než míč.
Vznášející se heliový balón
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
Gravitační síla závisí na hmotnosti objektu, který jej stáhne kapalinou. Když se objekt začíná potápět, působí vztlaková síla, která tlačí objekt nahoru. Pokud je gravitační síla větší než vztlaková síla, předmět se potopí. Heliové balóny se vznášejí ve vzduchu, protože hmotnost vzduchu, kterou vytlačují, je větší než hmotnost helia a balónu.
Připevněte stuhu k héliovému balónu a bude plavat, protože vztlaková síla je větší než gravitační síla. Zvyšte gravitační sílu zvýšením hmotnosti. Připevněte preclíky ke stuze a zvyšujte hmotnost, dokud balón neklesne. Nyní kousejte malé kousky preclíku, dokud balón pomalu nezačne stoupat. Pokud se vám podaří balón „vznášet se“, gravitační síla se rovná vztlakové síle.
Archimédovy experimenty
Pomocí Archimédova principu mohou studenti určit, zda se předmět potopí nebo vznáší v různých tekutinách.
Připravte čiré sklo s teplou vodou. Přidejte hrozen a bude klesat. Přidejte do sklenice sůl a hrozen začne plavat. Pamatujte na Archimédův princip: Pokud předmět váží více než jeho vlastní objem v tekutině, potopí se. Přidáním soli do vody zvýšíte hmotnost na jednotku objemu, dokud nebude stejná nebo hustší než hroznový. V tuto chvíli bude hrozen plavat.
Můžete také vyzvat studenty, aby přišli s chytrými nápady na podivně tvarované objekty, které se mohou nebo nemusí vznášet, a popište, jak by mohly být použity.