„Oasis of the Seas” to największy na świecie statek wycieczkowy o masie 100 000 ton, a mimo to pływa. Projektanci statków stosują zasadę Archimedesa, która mówi, że aby łódź mogła pływać, musi wypierać równą objętość wody większą niż jej własny ciężar. Ta złożona koncepcja staje się bardziej dostępna dla uczniów dzięki zastosowaniu ciekawych demonstracji i eksperymentów, takich jak te opisane poniżej.
Jak to się wszystko zaczęło
W starożytnej Grecji król Hiero II zlecił wykonanie korony miejscowemu złotnikowi. Wątpił, by to było czyste złoto, więc zlecił filozofowi-naukowcy Archimedesowi zadanie odkrycia. Archimedes wszedł do ciepłej kąpieli i zobaczył, jak woda wylewa się z boku, gdy zanurzył się w wannie i zdał sobie sprawę, że przemieszczona woda była równa objętości jego ciała.
„Eureko!” – wykrzyknął, kiedy stwierdził, że może wykorzystać tę technikę przemieszczania do obliczenia objętości i gęstości korony. Jego test wykazał, że gęstość korony była mniejsza niż złota, więc korona nie była z czystego złota.
Piłka kontra kadłub
Zapytany, dlaczego aluminiowy cylinder tonie, uczeń może błędnie odpowiedzieć: „Ponieważ waży więcej”.
Daj uczniom dwa kawałki folii aluminiowej o wymiarach 5 cali na 5 cali. Znajdź masę obu. Poproś uczniów, aby zmiażdżyli jeden kwadrat folii w ciasną kulkę, wrzucili ją do wody i obserwowali, jak tonie. Eksperymentuj z drugim kwadratem, aż znajdziesz sposób na unoszenie aluminium.
Kiedy aluminium ma kształt łodzi, będzie się unosić, ponieważ objętość znacznie wzrosła, podczas gdy masa pozostała taka sama. Kadłub łodzi jest wypełniony powietrzem, co zwiększa objętość bez znacznego zwiększania masy. Łódź będzie pływać, jeśli masa łodzi jest mniejsza niż wypierana przez nią woda. Przy pustym kadłubie łódź wypiera więcej wody niż piłka.
Unoszący się balon z helem
•••Comstock/Stockbyte/Getty Images
Siła grawitacji zależy od masy obiektu, aby przeciągnąć go w dół przez płyn. Gdy obiekt zaczyna tonąć, siła wyporu działa, aby popychać obiekt w górę. Jeśli siła grawitacji jest większa niż siła wyporu, obiekt zatonie. Balony z helem unoszą się w powietrzu, ponieważ masa powietrza, które wypierają, jest większa niż masa helu i balonu.
Przywiąż wstążkę do balonu wypełnionego helem, a będzie się unosił, ponieważ siła wyporu jest większa niż siła grawitacji. Zwiększ siłę grawitacji, zwiększając ciężar. Przywiąż precle do wstążki, zwiększając wagę, aż balon opadnie. Teraz skubać małe kawałki precla, aż balon powoli zacznie się unosić. Jeśli możesz sprawić, by balon zawisł w powietrzu, siła grawitacji jest równa sile wyporu.
Eksperymenty Archimedesa
Korzystając z zasady Archimedesa, uczniowie mogą określić, czy przedmiot zatonie, czy unosi się w różnych płynach.
Przygotuj przezroczystą szklankę z ciepłą wodą. Dodaj winogrona, a zatonie. Dodaj sól do szklanki, a winogrona zaczną pływać. Pamiętaj o zasadzie Archimedesa: jeśli obiekt w płynie waży więcej niż jego własna objętość, zatonie. Dodanie soli do wody zwiększy masę na jednostkę objętości, aż będzie równa lub bardziej gęsta niż winogrono. W tym czasie winogrona będą się unosić.
Możesz również poprosić uczniów, aby wymyślili sprytne pomysły na przedmioty o dziwnych kształtach, które mogą lub nie mogą unosić się na wodzie, i opisać, jak można ich użyć.