การทดลองหลักการอาร์คิมิดีสแสนสนุก

“โอเอซิสแห่งท้องทะเล” เป็นเรือสำราญที่ใหญ่ที่สุดในโลกด้วยมวล 100,000 ตัน แต่ก็ยังลอยอยู่ ผู้ออกแบบเรือใช้หลักการของอาร์คิมิดีส ซึ่งระบุว่าเพื่อให้เรือลอยได้นั้นจะต้องแทนที่ปริมาณน้ำที่เท่ากันมากกว่าน้ำหนักของตัวมันเอง แนวคิดที่ซับซ้อนนี้ทำให้นักเรียนเข้าถึงได้ง่ายขึ้นโดยใช้การสาธิตและการทดลองที่น่าสนใจดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง

ในสมัยกรีกโบราณ King Hiero II ได้มอบหมายมงกุฎให้ช่างทองในท้องถิ่นทำขึ้น เขาสงสัยว่ามันเป็นทองคำบริสุทธิ์ ดังนั้นเขาจึงมอบหมายงานให้นักปรัชญา-นักวิทยาศาสตร์อาร์คิมิดีสค้นหา อาร์คิมิดีสก้าวเข้าไปในอ่างน้ำอุ่นและเห็นน้ำไหลออกมาด้านข้างขณะที่เขาจมลงไปในอ่างและตระหนักว่าน้ำที่เคลื่อนตัวนั้นเท่ากับปริมาตรของร่างกายเขา

“ยูเรก้า!” เขาอุทานออกมาเมื่อเขาตัดสินใจว่าเขาสามารถใช้เทคนิคการเคลื่อนที่นี้เพื่อคำนวณปริมาตรและความหนาแน่นของมงกุฎได้ การทดสอบของเขาพิสูจน์ว่าความหนาแน่นของมงกุฎน้อยกว่าทองคำ ดังนั้นมงกุฎจึงไม่ใช่ทองคำบริสุทธิ์

เมื่อถามว่าทำไมถังอลูมิเนียมถึงจม นักเรียนอาจตอบผิดว่า “เพราะมันหนักกว่า”

มอบกระดาษฟอยล์อลูมิเนียมขนาด 5 นิ้ว x 5 นิ้วให้นักเรียนสองชิ้น หามวลของทั้งคู่ ให้นักเรียนทุบกระดาษฟอยล์หนึ่งแผ่นให้เป็นก้อนแน่น หย่อนลงไปในน้ำแล้วดูมันจม ทดลองกับสี่เหลี่ยมที่สองจนกว่าคุณจะพบวิธีทำให้อลูมิเนียมลอยได้

เมื่ออลูมิเนียมมีรูปร่างเหมือนเรือก็จะลอยเพราะ ปริมาณเพิ่มขึ้นอย่างมากในขณะที่มวลยังคงเท่าเดิม. ลำเรือเต็มไปด้วยอากาศ เพิ่มปริมาตรโดยไม่เพิ่มน้ำหนักมาก เรือจะลอยได้ถ้ามวลของเรือน้อยกว่าน้ำที่มันแทนที่ ด้วยตัวเรือกลวง เรือจะแทนที่น้ำมากกว่าลูกบอล

•••รูปภาพ Comstock / Stockbyte / Getty

แรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุที่จะดึงมันลงมาผ่านของเหลว เมื่อวัตถุเริ่มจม แรงลอยตัวจะดันวัตถุขึ้น ถ้าแรงโน้มถ่วงมากกว่าแรงลอยตัว วัตถุจะจมลง ลูกโป่งฮีเลียมลอยอยู่ในอากาศเพราะ มวลของอากาศที่พวกมันแทนที่นั้นมากกว่ามวลของฮีเลียมและบอลลูน.

ผูกริบบิ้นกับบอลลูนฮีเลียมแล้วมันจะลอยเพราะแรงลอยตัวมากกว่าแรงโน้มถ่วง เพิ่มแรงโน้มถ่วงโดยการเพิ่มน้ำหนัก ผูกเพรทเซลกับริบบิ้น เพิ่มน้ำหนักจนกว่าลูกโป่งจะจม ตอนนี้แทะเพรทเซลชิ้นเล็ก ๆ จนบอลลูนเริ่มลอยขึ้นอย่างช้าๆ หากคุณสามารถทำให้บอลลูน "โฮเวอร์" ได้ แรงโน้มถ่วงจะเท่ากับแรงลอยตัว

โดยใช้หลักการของอาร์คิมิดีส นักเรียนสามารถระบุได้ว่าวัตถุจะจมหรือลอยอยู่ในของเหลวต่างๆ

เตรียมแก้วใสกับน้ำอุ่น ใส่องุ่นลงไปก็จะจม ใส่เกลือลงในแก้วและองุ่นเริ่มลอย จำหลักการของอาร์คิมิดีส: หากวัตถุมีน้ำหนักมากกว่าปริมาตรของมันในของเหลว วัตถุก็จะจมลง การเติมเกลือลงไปในน้ำจะทำให้มวลต่อหน่วยปริมาตรเพิ่มขึ้นจนได้ความหนาแน่นเท่ากับหรือมากกว่าองุ่น ในเวลานี้องุ่นจะลอย

คุณยังสามารถเชิญนักเรียนให้คิดไอเดียอันชาญฉลาดเกี่ยวกับวัตถุรูปทรงแปลก ๆ ที่อาจลอยหรือไม่ก็ได้ และอธิบายว่าจะนำไปใช้อย่างไร