"Oasis of the Seas" on maailman suurin risteilyalus, jonka massa on 100 000 tonnia, mutta se kelluu. Laivan suunnittelijat hyödyntävät Archimedesin periaatetta, jonka mukaan veneen kellua varten sen on syrjäytettävä sama määrä vettä enemmän kuin oma paino. Tämä monimutkainen konsepti on helpompi saada opiskelijat saataville käyttämällä mielenkiintoisia esittelyjä ja kokeita, kuten alla kuvatut.
Miten kaikki alkoi
Muinaisessa Kreikassa kuningas Hiero II tilasi kruunun paikalliselle kultasepälle. Hän epäili, että se oli puhdasta kultaa, joten hän antoi filosofi-tiedemies Archimedeselle tehtävän selvittää. Archimedes astui lämpimään kylpyyn ja näki veden valuvan sivun yli, kun hän upposi kylpyammeeseen ja huomasi, että syrjäytetty vesi oli yhtä suuri kuin hänen ruumiinsa tilavuus.
"Eureka!" hän huudahti päätettyään voivansa käyttää tätä siirtotekniikkaa kruunun tilavuuden ja tiheyden laskemiseksi. Hänen testinsä osoitti, että kruunun tiheys oli pienempi kuin kulta, joten kruunu ei ollut puhdasta kultaa.
Pallo vs. runko
Kun häneltä kysytään, miksi alumiinisylinteri uppoaa, hän voi vastata väärin: "Koska se painaa enemmän".
Anna opiskelijoille kaksi kappaletta 5 tuuman x 5 tuuman alumiinifoliota. Etsi molempien massa. Pyydä oppilaita murskaamaan yksi neliö kalvoa tiukaksi palloksi, pudottamaan se veteen ja katsomaan sen uppoavan. Kokeile toista neliötä, kunnes löydät tavan saada alumiini kellumaan.
Kun alumiini on veneen muotoinen, se kelluu, koska volyymi on kasvanut huomattavasti samalla kun massa on pysynyt samana. Veneen runko on täynnä ilmaa, mikä lisää tilavuutta lisäämättä merkittävää painoa. Vene kelluu, jos veneen massa on pienempi kuin sen syrjäyttämä vesi. Ontelolla rungolla vene syrjäyttää enemmän vettä kuin pallo.
Helium-ilmapallo leijuu
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
Painovoima riippuu kohteen massasta, joka vetää sen nesteen läpi. Kun esine alkaa uppoaa, kelluva voima työntää esinettä ylöspäin. Jos painovoima on suurempi kuin kelluva voima, esine uppoaa. Heliumpallot kelluvat ilmassa, koska niiden syrjäyttämän ilman massa on suurempi kuin heliumin ja ilmapallon massa.
Kiinnitä nauha heliumpalloon ja se kelluu, koska kelluva voima on suurempi kuin painovoima. Lisää painovoimaa lisäämällä painoa. Solmi perunat nauhaan ja lisää painoa, kunnes ilmapallo uppoaa. Napsauta nyt pieniä perunapaloja, kunnes ilmapallo alkaa hitaasti nousta. Jos saat ilmapallon "leijumaan", painovoima on yhtä suuri kuin kelluva voima.
Archimedes-kokeet
Archimedes-periaatteen mukaan opiskelijat voivat selvittää, uppoutuuko esine vai kelluuko se eri nesteissä.
Valmista kirkas lasi lämpimällä vedellä. Lisää rypäle ja se uppoaa. Lisää lasiin suolaa ja rypäle alkaa kellua. Muista Archimedeksen periaate: Jos esine painaa enemmän kuin oma tilavuus nesteessä, se uppoaa. Suolan lisääminen veteen lisää massaa tilavuusyksikköä kohti, kunnes se on yhtä suuri tai tiheämpi kuin rypäle. Tällä hetkellä rypäle kelluu.
Voit myös kutsua oppilaita keksimään älykkäitä ideoita outojen muotoisista esineistä, jotka saattavat kellua tai eivät, ja kuvailemaan, kuinka niitä voitaisiin käyttää.