«Oasis of the Seas» - крупнейшее в мире круизное судно массой 100 000 тонн, но оно все еще находится на плаву. Конструкторы кораблей используют принцип Архимеда, который гласит, что для того, чтобы лодка могла плавать, она должна вытеснить равный объем воды больше, чем ее собственный вес. Эта сложная концепция становится более доступной для учащихся за счет использования интересных демонстраций и экспериментов, подобных описанным ниже.
Как все начиналось
В Древней Греции король Иеро II поручил местному ювелиру изготовить корону. Он сомневался, что это чистое золото, поэтому поручил ученому-философу Архимеду выяснить это. Архимед вошел в теплую ванну и увидел, как вода разлилась, когда он погрузился в ванну, и понял, что вытесненная вода равна объему его тела.
«Эврика!» - воскликнул он, когда решил, что может использовать эту технику смещения для расчета объема и плотности короны. Его тест доказал, что плотность короны меньше, чем у золота, поэтому корона не была чистым золотом.
Мяч против корпуса
На вопрос, почему тонет алюминиевый баллон, ученик может неправильно ответить: «Потому что он весит больше».
Раздайте учащимся два куска алюминиевой фольги размером 5 на 5 дюймов. Найдите массу обоих. Попросите учащихся превратить один квадрат фольги в плотный шар, бросить его в воду и посмотреть, как он тонет. Поэкспериментируйте со вторым квадратом, пока не найдете способ сделать алюминиевый поплавок.
Когда алюминий имеет форму лодки, он будет плавать, потому что объем значительно увеличился, а масса осталась прежней. Корпус лодки наполнен воздухом, увеличивая объем без значительного увеличения веса. Лодка будет плавать, если масса лодки меньше массы воды, которую она вытесняет. С полым корпусом лодка вытесняет больше воды, чем мяч.
Парящий гелиевый шар
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
Сила тяжести зависит от массы объекта, который тянет его вниз через жидкость. Когда объект начинает тонуть, действует выталкивающая сила, толкающая объект вверх. Если сила тяжести больше, чем сила плавучести, объект утонет. Гелиевые шары летают в воздухе, потому что масса вытесняемого ими воздуха больше массы гелия и воздушного шара.
Привяжите ленту к гелиевому шару, и он будет плавать, потому что выталкивающая сила больше силы тяжести. Увеличьте силу тяжести за счет увеличения веса. Привяжите крендели к ленте, увеличивая вес, пока шарик не утонет. Теперь откусывайте маленькие кусочки кренделя, пока шарик не начнет медленно подниматься. Если вы можете заставить воздушный шар «зависнуть», гравитационная сила равна выталкивающей силе.
Архимед Эксперименты
Используя принцип Архимеда, студенты могут определить, будет ли объект тонуть или плавать в различных жидкостях.
Приготовьте прозрачный стакан с теплой водой. Добавьте виноград, и он утонет. Добавьте в стакан соль, и виноград начнет плавать. Вспомните принцип Архимеда: если объект в жидкости весит больше, чем его собственный объем, он тонет. Добавление соли в воду увеличит массу на единицу объема, пока она не станет равной или более плотной, чем виноград. В это время виноград будет плавать.
Вы также можете предложить учащимся придумать умные идеи об объектах странной формы, которые могут плавать, а могут и не парить, и описать, как их можно использовать.
