"Oasis of the Seas" najveći je svjetski kruzer s masom od 100 000 tona, ali ipak pluta. Dizajneri brodova koriste se Arhimedovim principom koji kaže da da bi čamac mogao plutati mora istisnuti jednaku količinu vode više od vlastite težine. Ovaj složeni koncept učenicima postaje pristupačniji upotrebom zanimljivih demonstracija i eksperimenata poput onih opisanih u nastavku.
Kako je sve počelo
U drevnoj Grčkoj kralj Hiero II naručio je izradu krune od strane lokalnog zlatara. Sumnjao je da je to čisto zlato, pa je filozofu-znanstveniku Arhimedu dao zadatak da to sazna. Arhimed je ušao u toplu kupku i vidio kako se voda prelila preko boka dok je tonuo u kadu i shvatio da je istisnuta voda jednaka zapremini njegova tijela.
"Eureka!" uzviknuo je kad je utvrdio da bi se mogao poslužiti ovom tehnikom pomicanja za izračunavanje volumena i gustoće krunice. Njegov je test pokazao da je gustoća krunice manja od zlata, pa krunica nije bila čisto zlato.
Lopta naspram trupa
Na pitanje zašto aluminijski cilindar tone, student može pogrešno odgovoriti: "Jer je teža."
Dajte učenicima dva komada aluminijske folije od 5 inča do 5 inča. Pronađite masu oba. Zamolite učenike da jedan kvadrat folije zgnječe u čvrstu kuglu, spuste je u vodu i gledaju kako tone. Eksperimentirajte s drugim kvadratom dok ne pronađete način da aluminij pluta.
Kad je aluminij oblikovan poput čamca, on će plutati jer volumen se uvelike povećao dok je masa ostala ista. Trup broda ispunjen je zrakom, povećavajući volumen bez dodavanja značajne težine. Čamac će plutati ako je masa čamca manja od vode koju istiskuje. Šupljim trupom brod će istisnuti više vode nego lopta.
Lebdeći helijev balon
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
Sila gravitacije ovisi o masi predmeta koji će ga povući kroz tekućinu. Kako objekt počinje tonuti, uzlazna sila djeluje da ga potisne prema gore. Ako je gravitacijska sila veća od uzlazne sile, objekt će potonuti. Helijevi baloni lebde u zraku jer masa zraka koji istiskuju veća je od mase helija i balona.
Privežite vrpcu za helijev balon i on će plutati jer je uzletna sila veća od gravitacijske sile. Povećajte silu gravitacije povećanjem težine. Privežite perece na vrpcu, povećavajući težinu dok balon ne potone. Sada grickajte male komadiće pereca dok balon polako ne počne rasti. Ako uspijete balon "lebdjeti", gravitacijska sila jednaka je poletnoj sili.
Arhimedovi pokusi
Koristeći Arhimedov princip, učenici mogu odrediti hoće li neki objekt potonuti ili plutati u različitim tekućinama.
Pripremite prozirnu čašu s toplom vodom. Dodajte grožđe i ono će potonuti. Dodajte čašu soli i grožđe počinje plutati. Sjetite se Arhimedova načela: ako je objekt u tekućini teži više od vlastitog volumena, potonuti će. Dodavanjem soli u vodu povećavat će se masa po jedinici volumena dok ne bude jednaka ili gušća od grožđa. U to će vrijeme grožđe plutati.
Također možete pozvati studente da smisle pametne ideje o objektima neobičnog oblika koji mogu plutati ili ne, te opisuju kako bi se mogli koristiti.