"Denizlerin Vahası" 100.000 tonluk kütlesiyle dünyanın en büyük yolcu gemisidir, ancak yüzer. Gemi tasarımcıları, bir teknenin yüzebilmesi için kendi ağırlığından daha fazla eşit hacimde su ile yer değiştirmesi gerektiğini belirten Arşimet ilkesini kullanır. Bu karmaşık kavram, aşağıda açıklananlar gibi ilginç gösteriler ve deneyler kullanılarak öğrenciler için daha erişilebilir hale getirilmiştir.
Her şey nasıl başladı
Antik Yunanistan'da Kral II. Hiero, yerel bir kuyumcu tarafından yapılması için bir taç görevlendirdi. Saf altın olduğundan şüphe etti, bu yüzden filozof-bilim adamı Arşimet'e bulma görevini verdi. Arşimet ılık bir banyoya girdi ve küvete batarken yandan su döküldüğünü gördü ve yer değiştiren suyun vücudunun hacmine eşit olduğunu fark etti.
"Evreka!" Tacın hacmini ve yoğunluğunu hesaplamak için bu yer değiştirme tekniğini kullanabileceğini belirlediğinde haykırdı. Testi, tacın yoğunluğunun altından daha az olduğunu kanıtladı, bu nedenle taç saf altın değildi.
Topa Karşı Gövde
Bir alüminyum silindirin neden battığı sorulduğunda, bir öğrenci yanlış cevap verebilir, "Çünkü daha ağırdır."
Öğrencilere iki parça 5 inçlik 5 inçlik alüminyum folyo verin. Her ikisinin de kütlesini bulun. Öğrencilerden bir kare folyoyu sıkı bir top haline getirmelerini, suya düşürmelerini ve batmasını izlemelerini isteyin. Alüminyumu yüzdürmenin bir yolunu bulana kadar ikinci kare ile deney yapın.
Alüminyum bir tekne şeklinde şekillendirildiğinde yüzer çünkü kütle aynı kalırken hacim büyük ölçüde arttı. Teknenin gövdesi hava ile doldurulur ve önemli bir ağırlık eklemeden hacmi artar. Teknenin kütlesi yerinden çıkardığı sudan az ise tekne yüzer. Oyuk bir gövde ile tekne, toptan daha fazla su ile yer değiştirecektir.
Uçan Helyum Balonu
•••Comstock/Stockbyte/Getty Images
Yerçekimi kuvveti, nesneyi bir sıvıdan aşağı çekmek için kütlesine bağlıdır. Nesne batmaya başladığında, kaldırma kuvveti nesneyi yukarı itmek için hareket eder. Yerçekimi kuvveti kaldırma kuvvetinden büyükse cisim batar. Helyum balonları havada yüzer çünkü yer değiştirdikleri havanın kütlesi helyum ve balonun kütlesinden daha büyüktür.
Bir helyum balonuna bir şerit bağlayın ve kaldırma kuvveti yerçekimi kuvvetinden daha büyük olduğu için yüzecektir. Ağırlığı artırarak yerçekimi kuvvetini artırın. Balon batana kadar ağırlığı artırarak simitleri şeride bağlayın. Şimdi balon yavaşça yükselmeye başlayana kadar simitten küçük parçalar koparın. Balonu "havada asılı tutabilirseniz", yerçekimi kuvveti kaldırma kuvvetine eşittir.
Arşimet Deneyleri
Arşimet ilkesini kullanarak öğrenciler bir cismin farklı sıvılarda batacağını veya yüzeceğini belirleyebilir.
Ilık su ile şeffaf bir bardak hazırlayın. Bir üzüm ekleyin ve batacak. Bardağa tuz ekleyin ve üzüm yüzmeye başlar. Arşimet ilkesini hatırlayın: Bir cisim sıvı içinde kendi hacminden daha ağırsa batar. Suya tuz eklenmesi, üzümün yoğunluğuna eşit veya daha yoğun olana kadar birim hacimdeki kütleyi artıracaktır. Bu sırada üzüm yüzer.
Ayrıca öğrencileri, yüzen veya yüzmeyen garip şekilli nesneler hakkında akıllı fikirler bulmaya ve bunların nasıl kullanılabileceğini açıklamaya davet edebilirsiniz.