„Oasis of the Seas“ je najväčšia výletná loď na svete s hmotnosťou 100 000 ton, napriek tomu pláva. Dizajnéri lodí využívajú Archimedov princíp, ktorý hovorí, že aby loď mohla plávať, musí vytlačiť rovnaký objem vody, ako je jej vlastná hmotnosť. Tento komplexný koncept je študentom prístupnejší vďaka použitiu zaujímavých ukážok a experimentov, ako sú tie, ktoré sú opísané nižšie.
Ako sa to všetko začalo
V starovekom Grécku si kráľ Hiero II nechal objednať korunu, ktorú dal vyrobiť miestny zlatník. Pochyboval, že ide o čisté zlato, preto dal úlohu zistiť filozofovi-vedcovi Archimédovi. Archimedes vstúpil do teplého kúpeľa a videl, ako sa voda rozlieva po boku, keď sa ponoril do vane a uvedomil si, že vytlačená voda sa rovná objemu jeho tela.
"Heuréka!" zvolal, keď zistil, že pomocou tejto techniky posunutia môže vypočítať objem a hustotu koruny. Jeho test preukázal, že hustota koruny bola menšia ako zlato, takže koruna nebola čistým zlatom.
Lopta verzus trup
Na otázku, prečo sa hliníkový valec potápa, môže študent nesprávne odpovedať: „Pretože váži viac.“
Dajte študentom dva kusy hliníkovej fólie s veľkosťou 5 palcov x 5 palcov. Nájdite hmotnosť oboch. Požiadajte študentov, aby rozdrvili jeden štvorec fólie do tesnej gule, spadli ju do vody a sledovali, ako klesá. Experimentujte s druhým štvorcom, kým nenájdete spôsob, ako hliník plávať.
Keď má hliník tvar člna, bude plávať, pretože objem sa výrazne zvýšil, zatiaľ čo hmotnosť zostala rovnaká. Trup člna je naplnený vzduchom, ktorý zvyšuje objem bez toho, aby pridal značnú váhu. Loď bude plávať, ak je hmotnosť lode menšia ako voda, ktorú vytláča. S dutým trupom vytlačí čln viac vody ako lopta.
Vznášajúci sa héliový balón
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
Sila gravitácie závisí od hmotnosti predmetu, ktorý ju stiahne cez tekutinu. Keď sa objekt začne potápať, pôsobí vztlaková sila, ktorá ho posunie nahor. Ak je gravitačná sila väčšia ako vztlaková sila, predmet sa potopí. Héliové balóny plávajú vo vzduchu, pretože hmotnosť vzduchu, ktorý vytlačia, je väčšia ako hmotnosť hélia a balóna.
Pripútajte stužku k héliovému balóniku a bude plávať, pretože vztlaková sila je väčšia ako gravitačná sila. Zvyšujte gravitačnú silu zväčšením hmotnosti. K stužke priviažte praclíky, čím zvyšujete váhu, kým sa balón neponorí. Teraz zahryznite malé kúsky praclíka, až kým balón pomaly nezačne stúpať. Ak sa dá balón „vznášať“, gravitačná sila sa rovná vztlakovej sile.
Archimedove experimenty
Pomocou Archimedovho princípu môžu študenti určiť, či sa objekt bude potápať alebo vznášať v rôznych tekutinách.
Pripravte priehľadný pohár s teplou vodou. Pridajte hrozno a potopí sa. Poháre posolíme a hrozno začne plávať. Pamätajte na Archimedov princíp: Ak predmet váži v tekutine viac ako je jeho vlastný objem, klesne. Pridaním soli do vody sa zvýši hmotnosť na jednotku objemu, kým nebude rovnaká alebo hustejšia ako hrozno. V tomto čase bude hrozno plávať.
Môžete tiež vyzvať študentov, aby prišli s chytrými nápadmi o podivne tvarovaných objektoch, ktoré sa môžu alebo nemusia vznášať, a popíšte, ako by sa dali použiť.