«Оазис морів» - найбільший у світі круїзний лайнер масою 100 000 тонн, проте він плаває. Конструктори кораблів використовують принцип Архімеда, який стверджує, що для того, щоб човен плавав, він повинен витіснити рівний об'єм води більше власної ваги. Ця складна концепція стає доступнішою для студентів завдяки використанню цікавих демонстрацій та експериментів, подібних до тих, що описані нижче.
Як все починалося
У Стародавній Греції король Ієро II замовив корону, яку зробив місцевий ювелір. Він сумнівався, що це чисте золото, тому дав філософу-вченому Архімеду завдання з’ясувати. Архімед зайшов у теплу ванну і побачив, як вода розлилася збоку, коли він занурився у ванну і зрозумів, що вода, що витісняється, дорівнює об’єму його тіла.
"Еврика!" - вигукнув він, коли визначив, що може використовувати цю техніку переміщення для обчислення обсягу та щільності крони. Його випробування показало, що щільність коронки була меншою за золото, отже, коронка не була чистим золотом.
М'яч проти корпусу
На запитання, чому алюмінієвий циліндр тоне, студент може неправильно відповісти: „Оскільки він важить більше”.
Дайте студентам два шматки алюмінієвої фольги розміром 5 дюймів на 5 дюймів. Знайдіть масу обох. Попросіть студентів подрібнити один квадрат фольги щільною кулькою, опустити її у воду і спостерігати, як вона тоне. Експериментуйте з другим квадратом, поки не знайдете спосіб зробити алюмінієвий поплавок.
Коли алюміній має форму човна, він буде плавати, тому що обсяг значно збільшився, а маса залишилася незмінною. Корпус човна наповнюється повітрям, збільшуючи обсяг, не додаючи значної ваги. Човен буде плавати, якщо маса човна буде меншою за воду, яку він витісняє. При порожнистому корпусі човен витіснить більше води, ніж куля.
Паруша гелієва куля
•••Comstock / Stockbyte / Getty Images
Сила тяжіння залежить від маси предмета, який тягне його вниз через рідину. Коли об’єкт починає тонути, виштовхуюча сила діє, щоб підштовхнути об’єкт вгору. Якщо гравітаційна сила буде більшою за плавучу силу, об’єкт потоне. Гелієві кулі плавають у повітрі, тому що маса повітря, яке вони витісняють, більша за масу гелію та повітряної кулі.
Прив’яжіть стрічку до гелієвої кулі, і вона буде плавати, оскільки виштовхувальна сила більша за силу тяжіння. Збільште силу тяжіння, збільшуючи вагу. Прив’яжіть кренделі до стрічки, збільшуючи вагу, поки повітряна куля не опуститься. Тепер грижте маленькі шматочки кренделя, поки повітряна куля не почне повільно підніматися. Якщо ви можете змусити повітряну кулю “зависнути”, гравітаційна сила дорівнює плавучій силі.
Експерименти Архімеда
Використовуючи принцип Архімеда, студенти можуть визначити, чи зануриться чи плаватиме предмет у різних рідинах.
Приготуйте прозору склянку з теплою водою. Додайте виноград, і він потоне. Посоліть склянку, і виноград починає плавати. Згадайте принцип Архімеда: якщо об’єкт важить у рідині більше, ніж його власний об’єм, він потоне. Додавання солі у воду збільшить масу на одиницю об’єму, поки вона не стане рівною або щільнішою, ніж виноград. В цей час виноград попливе.
Ви також можете запропонувати студентам запропонувати розумні ідеї щодо предметів дивної форми, які можуть плавати, а можуть і не плавати, та описати, як їх можна використовувати.