Почему одни предметы тонут, а другие плавают?

#Плавучесть #ПринципАрхимеда #ТонетИлиПлает #Физика #НаучноеОбразование #ngsciencex.com www.ngsicencex.com Почему одни объекты тонут, а другие плавают? Заманчиво сказать, что тяжелые объекты тонут, а легкие плавают, но огромный корабль может плавать, а крошечный камешек тонет. Объяснение связано с гравитацией, плавучестью и водой, вытесняемой объектом. В этом научном видео мы используем камешек, весы и водовыпускной сосуд для исследования принципа Архимеда. Сравнивая вес камешка с весом воды, которую он вытесняет, мы можем объяснить, почему он тонет и что должно произойти, чтобы объект плавал. ЭКСПЕРИМЕНТ С КАМНЕМ Сначала мы измеряем массу камешка. Весы показывают 50 граммов. Масса показывает, сколько вещества содержит объект, а вес — это сила тяжести, действующая на эту массу. На Земле 50-граммовый камешек весит приблизительно 0,49 ньютона. Затем мы ставим пустой стакан на весы и обнуляем показания. Это означает, что весы измерят массу собранной воды, не учитывая массу стакана. Рядом с весами находится сосуд для вытеснения воды, заполненный водой до самого носика. Когда камешек опускается в сосуд, он занимает пространство, ранее заполненное водой. Вытесненная вода вытекает через носик и собирается в стакане. Когда камешек полностью погружен, собранная вода имеет массу 20 граммов. Таким образом, камешек вытеснил 20 граммов воды. ЧТО НАМ ГОВОРИТ ВЫТЯНУТАЯ ВОДА? Принцип Архимеда гласит, что выталкивающая сила, действующая на объект, равна весу вытесненной им жидкости. Вытесненная вода имеет массу 20 граммов и вес приблизительно 0,20 ньютона. Это означает, что вода оказывает на погруженный в воду камешек выталкивающую силу приблизительно 0,20 ньютона. Гравитация тянет камешек вниз с силой приблизительно 0,49 ньютона, а выталкивающая сила толкает его вверх с силой приблизительно 0,20 ньютона. Разница составляет приблизительно 0,29 ньютона вниз. Поскольку вес камешка больше выталкивающей силы, он тонет при отпускании. Эти значения описывают баланс веса и выталкивающей силы; движущийся камешек также испытывает сопротивление воды, а камешек, покоящийся на дне, испытывает поддерживающую силу. ЗАМЕЧАНИЕ О ГРАММАХ И СИЛАХ Граммы измеряют массу. Силы, включая вес и выталкивающую силу, измеряются в ньютонах. Утверждение, что на камешек действует «30 грамм силы, направленной вниз», является сокращенным обозначением силы, эквивалентной весу 30-граммовой массы при той же силе тяжести. Фактическая сила составляет приблизительно 0,29 ньютона. Разделение массы и веса помогает нам точно описать эксперимент и связать показания весов с силами, действующими на объект. КОГДА ОБЪЕКТ ПЛАВАЕТ? Объект, плавающий в состоянии покоя, вытесняет достаточно воды, чтобы выталкивающая сила уравновешивала его вес. При уравновешенных вертикальных силах он не ускоряется вверх или вниз. По мере погружения объекта в воду его подводный объем увеличивается, и он вытесняет больше воды. Если выталкивающая сила уравновешивает его вес до полного погружения, он может плавать, при этом часть его объема находится над поверхностью. Если же его вес все еще больше выталкивающей силы, когда он полностью погружен, он тонет. Если силы уравновешиваются, когда объект полностью находится под водой, он обладает нейтральной плавучестью и может оставаться подвешенным на некотором расстоянии от дна. ПОЧЕМУ КОРАБЛЬ МОЖЕТ ПЛАВАТЬ? Корабль может быть изготовлен в основном из стали, но его корпус содержит большой объем воздуха. Его форма позволяет ему вытеснять большое количество воды, неся при этом собственную массу и груз. Важное сравнение — это общий вес корабля и вес вытесненной им воды. Добавление груза заставляет корабль опускаться ниже в воде, увеличивая вытесненный объем до тех пор, пока восходящая выталкивающая сила не уравновесит дополнительный вес, при условии, что корабль остается на плаву. КАКОВА ПЛОТНОСТЬ? Плотность — это масса, деленная на объем. Для обычного объекта в воде его средняя плотность помогает предсказать, утонет он или будет плавать. Объект со средней плотностью ниже, чем у воды, может плавать. Объект со средней плотностью выше, чем у воды, обычно тонет. Для полых объектов следует учитывать среднюю плотность всего объекта, включая заключенный в нем воздух. Это объясняет, почему форма может влиять на то, будет ли фиксированное количество материала тонуть или плавать. ВОПРОСЫ ДЛЯ РАЗМЫШЛЕНИЯ Почему камешек кажется легче, когда его держат под водой? Почему плавающая лодка опускается ниже, когда на борт поднимаются пассажиры? Как можно изменить форму пластилина, чтобы он плавал? Будет ли один и тот же объект плавать на одинаковой глубине в пресной и соленой воде? Используйте идеи из этого видео, чтобы объяснить свои ответы: вес действует вниз, плавучесть действует вверх, а выталкивающая сила равна весу вытесненной жидкости. Узнайте больше о науке на NGScienceX.com.