Az „Oasis of the Seas” a világ legnagyobb, 100 000 tonna tömegű tengerjáró hajója, mégis lebeg. A hajótervezők Archimédész elvét alkalmazzák, amely kimondja, hogy ahhoz, hogy egy csónak lebeghessen, a saját súlyánál nagyobb mennyiségű vizet kell kiszorítania. Ez a komplex koncepció az alábbiakban ismertetetthez hasonló érdekes bemutatók és kísérletek révén válik elérhetőbbé a hallgatók számára.
Hogy kezdődött az egész
Az ókori Görögországban II. Hiero király koronát bízott meg egy helyi ötvös készítésével. Kételkedett abban, hogy tiszta arany-e, ezért Archimedes filozófus-tudósnak adta a feladatot, hogy megtudja. Archimédész egy meleg fürdőbe lépett, és látta, hogy víz ömlik át az oldalán, amikor a kádba süllyedt, és rájött, hogy a kiszorított víz megegyezik testének térfogatával.
- Eureka! - kiáltott fel, amikor megállapította, hogy ezt az elmozdítási technikát használhatja a korona térfogatának és sűrűségének kiszámításához. Vizsgálata bebizonyította, hogy a korona sűrűsége kisebb volt, mint az arany, így a korona nem volt tiszta arany.
Labda versus Hull
Arra a kérdésre, hogy miért süllyed egy alumínium henger, egy hallgató helytelenül válaszolhat: „Mert súlya nagyobb.”
Adjon a hallgatóknak két darab 5 hüvelyk-5 hüvelykes alumínium fóliát. Keresse meg mindkettő tömegét. Kérd meg a tanulókat, hogy egy négyzetnyi fóliát szorítsanak össze egy szoros golyóba, dobják be a vízbe és nézzék meg, ahogy süllyed. Kísérletezzen a második négyzettel, amíg meg nem találja az alumínium úszásának módját.
Ha az alumínium hajó alakú, akkor úszik, mert a hangerő nagymértékben megnőtt, miközben a tömeg változatlan maradt. A hajó hajótestét levegő tölti ki, és jelentős súly hozzáadása nélkül növeli a térfogatot. A hajó úszik, ha a hajó tömege kisebb, mint az általa kiszorított víz. Üreges hajótestnél a hajó több vizet fog kiszorítani, mint a golyó.
Lebeg a hélium lufi
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
A gravitációs erő a tárgy tömegétől függ, hogy egy folyadékon keresztül lehúzza. Amint a tárgy süllyedni kezd, lendületes erő hat a tárgy felfelé tolására. Ha a gravitációs erő nagyobb, mint a felhajtó erő, az objektum elsüllyed. A hélium lufi lebeg a levegőben, mert az általuk kiszorított levegő tömege nagyobb, mint a hélium és a ballon tömege.
Köss egy szalagot egy hélium lufihoz, és úszni fog, mert a felhajtó erő nagyobb, mint a gravitációs erő. Növelje a gravitációs erőt a súly növelésével. Köss perecet a szalaghoz, növeld a súlyt, amíg a lufi el nem süllyed. Most rágcsáljon apró darabokat a perecből, amíg a ballon lassan emelkedni kezd. Ha sikerül elérni, hogy a léggömb „lebegjen”, a gravitációs erő megegyezik a felhajtó erővel.
Archimedes-kísérletek
Archimédész elvének felhasználásával a diákok meghatározhatják, hogy egy tárgy különböző folyadékokban süllyed-e vagy lebeg.
Készítsen tiszta poharat meleg vízzel. Adj hozzá egy szőlőt, és elsüllyed. Sózzuk a poharat, és a szőlő úszni kezd. Ne feledje Archimédész elvét: Ha egy tárgy a saját térfogatánál többet nyom a folyadékban, akkor elsüllyed. Só hozzáadása a vízhez növeli a térfogategység tömegét, amíg az egyenlő vagy sűrűbb lesz, mint a szőlő. Ekkor a szőlő lebeg.
Felkérheti a tanulókat, hogy találjanak ki okos ötleteket a furcsa alakú tárgyakról, amelyek lebeghetnek vagy nem, és írják le, hogyan lehetne felhasználni őket.