Περιεχόμενο
Η "Oasis of the Seas" είναι το μεγαλύτερο κρουαζιερόπλοιο στον κόσμο με μάζα 100.000 τόνων, αλλά επιπλέει. Οι σχεδιαστές πλοίων χρησιμοποιούν την αρχή Archimedes, η οποία δηλώνει ότι για να επιπλεύσει ένα σκάφος πρέπει να μετατοπίσει ίσο όγκο νερού περισσότερο από το δικό του βάρος. Αυτή η πολύπλοκη ιδέα γίνεται πιο προσιτή στους σπουδαστές μέσω της χρήσης ενδιαφερόντων επιδείξεων και πειραμάτων όπως αυτές που περιγράφονται παρακάτω.
Πώς ξεκίνησαν όλα
Στην αρχαία Ελλάδα, ο βασιλιάς Ηιέρος ΙΙ ανέθεσε ένα στέμμα να γίνει από έναν τοπικό χρυσοχόο. Ο ίδιος αμφέβαλε ότι ήταν καθαρός χρυσός, οπότε έδωσε στο φιλόσοφο-επιστήμονα Archimedes το καθήκον να ανακαλύψει. Ο Αρχιμήδης μπήκε σε ένα ζεστό μπάνιο και είδε την διαρροή νερού στην πλευρά καθώς βύθισε στη μπανιέρα και συνειδητοποίησε ότι το νερό που μετατοπίστηκε ήταν ίσο με τον όγκο του σώματός του. "Eureka!" Αναφώνησε όταν αποφάσισε ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει αυτήν την τεχνική της μετατόπισης για να υπολογίσει τον όγκο και την πυκνότητα του στέμματος. Η δοκιμή του απέδειξε ότι η πυκνότητα των στεφανών ήταν μικρότερη από το χρυσό, οπότε η κορώνα δεν ήταν καθαρός χρυσός.
Μπάλα Versus Hull
Όταν ρωτήθηκε γιατί ένας κύλινδρος αλουμινίου βυθίζεται, ένας φοιτητής μπορεί να απαντήσει λανθασμένα: "Επειδή ζυγίζει περισσότερο." Δώστε στους μαθητές δύο κομμάτια αλουμινίου 5 ιντσών από 5 ιντσών. Βρείτε τη μάζα και των δύο. Ζητήστε από τους μαθητές να χτυπήσουν ένα τετράγωνο φύλλου σε μια σφιχτή σφαίρα, να την ρίξουν στο νερό και να την παρακολουθήσουν να βυθιστεί. Πειραματιστείτε με τη δεύτερη πλατεία έως ότου βρείτε έναν τρόπο να επιταχύνετε το αλουμίνιο. Όταν το αλουμίνιο έχει σχήμα σαν ένα σκάφος, θα επιπλέει επειδή ο όγκος έχει αυξηθεί σημαντικά ενώ η μάζα έχει παραμείνει η ίδια. Το κύτος του σκάφους γεμίζει με αέρα, αυξάνοντας τον όγκο χωρίς να προσθέτει σημαντικό βάρος. Το σκάφος θα επιπλέει αν η μάζα του σκάφους είναι μικρότερη από το νερό που μετατοπίζει. Με ένα κοίλο κύτος, το σκάφος θα μετατοπίσει περισσότερο νερό από την μπάλα.
Υπερβολικό μπαλόνι του ηλίου
••• Comstock / Stockbyte / Getty ImagesΗ δύναμη της βαρύτητας εξαρτάται από τη μάζα του αντικειμένου για να το τραβήξει μέσα από ένα ρευστό. Καθώς το αντικείμενο αρχίζει να βυθίζεται, η ισχυρή δύναμη δρα για να σπρώξει το αντικείμενο προς τα επάνω. Αν η βαρυτική δύναμη είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη πλεύσης, το αντικείμενο θα βυθιστεί. Τα μπαλόνια του ηλίου επιπλέουν στον αέρα επειδή η μάζα του αέρα που εκτοπίζει είναι μεγαλύτερη από τη μάζα του ηλίου και του μπαλονιού. Συνδέστε μια κορδέλα με ένα μπαλόνι ηλίου και θα επιπλέει επειδή η δύναμη πλεύσης είναι μεγαλύτερη από τη βαρυτική δύναμη. Αυξήστε τη δύναμη της βαρύτητας αυξάνοντας το βάρος. Συνδέστε τα κουλούρια με την κορδέλα, αυξάνοντας το βάρος μέχρι να βυθιστεί το μπαλόνι. Τώρα ξεφλουδίστε τα μικρά κομμάτια του κουλουράκι μέχρι το μπαλόνι αρχίσει αργά να αυξάνεται. Εάν μπορείτε να πάρετε το μπαλόνι να "αιωρείται", η βαρυτική δύναμη είναι ίση με την επιδεκτική δύναμη.
Floating Grape
Χρησιμοποιώντας τον κύριο του Archimedes, οι μαθητές μπορούν να καθορίσουν εάν ένα αντικείμενο θα βυθιστεί ή θα επιπλεύσει σε διαφορετικά υγρά. Προετοιμάστε ένα διαυγές ποτήρι με ζεστό νερό. Προσθέστε ένα σταφύλι και θα βυθιστεί. Προσθέστε αλάτι στο ποτήρι και το σταφύλι αρχίζει να επιπλέει. Θυμηθείτε τον κύριο Αρχιμήδη: Εάν ένα αντικείμενο ζυγίζει περισσότερο από το δικό του όγκο σε υγρό, θα βυθιστεί. Η προσθήκη αλατιού στο νερό θα αυξήσει τη μάζα ανά μονάδα όγκου έως ότου είναι ίσο ή πιο πυκνό από το σταφύλι. Αυτή τη στιγμή το σταφύλι θα επιπλέει.