Kodėl valtys plūduriuoja?
Trumpas atsakymas: Laivai plūduriuoja, nes vanduo jas spaudžia jėga, vadinama plūdrumu. Jei tas stūmimas į viršų lygus laivo svoriui arba yra didesnis už jį, laivas lieka paviršiuje, o ne skęsta.
Pagrindinė mintis
Vanduo stumia bet kokį jame padėtą objektą aukštyn. Šis stūmimas aukštyn vadinamas plūdrumo jėga arba plūdrumu. Stūmimo dydis priklauso nuo to, kiek vandens objektas pasislenka.
Kai valties forma leidžia jai judėti pakankamai vandens, stūmimas aukštyn gali subalansuoti valties svorį. Štai kodėl net sunkūs laivai plūduriuoja, jei paskirsto savo svorį per didelį vandens kiekį. Skęstančios medžiagos, pavyzdžiui, kieta uoliena, nejudina pakankamai vandens, kad plūdrumo jėga būtų pakankamai didelė.
Taigi, tiek forma, tiek objekto svoris yra svarbūs plūduriavimui ir skendimui. Valtis nebūtinai turi būti tuščiavidurė ar lengva; ji tiesiog turi išstumti pakankamai vandens, kad plūdrumo jėga ją išlaikytų.
Mokslinis paaiškinimas
Įvardyti dėsniai / principai: Poveikio/dėsnio pavadinimas: Archimedo principas.
Archimedo principas teigia, kad plūdrumo jėga, veikianti skystyje panardintą objektą, yra lygi objekto išstumto skysčio svoriui. Kitaip tariant, vanduo stumia aukštyn tokia pačia jėga, kaip ir objekto išstumto vandens svoris. Tai paaiškina, kodėl platus, tuščiaviduris laivas gali plūduriuoti, o maža, tanki uoliena skęsta: laivas išstumia didelį vandens kiekį, sukurdamas didelę plūdrumo jėgą, o uoliena išstumia mažai vandens, todėl jos plūdrumo jėga yra maža.
Tankis – kiek masės telpa į tam tikrą tūrį – taip pat svarbus. Objektas plūduriuoja, kai jo vidutinis tankis (masė, padalyta iš tūrio) yra mažesnis arba lygus skysčio tankiui.
Kaip mes tai žinome: Žmonės tikrina Archimedo principą matuodami svorį ir išstumtą skystį laboratorijose ir naudodami paprastus eksperimentus, pavyzdžiui, sveriant objektą ore ir vandenyje, kad būtų nustatyta plūdrumo jėga. Šie matavimai atitinka prognozę, kad plūdrumo jėga yra lygi išstumto skysčio svoriui .
Kasdieniai pavyzdžiai
- Didelis krovininis laivas, plūduriuojantis vandenyne, nes jo korpusas išstumia daug vandens.
- Pripučiamas baseino žaislas, kuris plūduriuoja, nes paskleidžia orą didesniame tūryje, nei sveria jo plastikas.
- Paniręs povandeninis laivas, keičiantis plūdrumą pildydamas arba ištuštindamas bakus, kad nuskęstų arba pakiltų.
- Aisbergas, plūduriuojantis didžiąja dalimi savo masės po paviršiumi, nes ledas yra mažiau tankus nei jūros vanduo.
Praktinis bandymas
Folijos valties bandymas
Sauga: atlikite šį bandymą šalia kriauklės ar vonios, kad išvengtumėte išsiliejimo; būkite atsargūs su mažomis monetomis šalia mažų vaikų.
Priemonės
- aliuminio folija
- didelis dubuo arba kriauklė
- vanduo
- monetos arba maži svareliai
Žingsniai
- Pagaminkite mažą valtį, suformuodami aliuminio folijos gabalėlį į tuščiavidurę valties formą.
- Pripildykite dubenį arba kriauklę vandens ir švelniai padėkite folijos valtį ant paviršiaus.
- Į valtį dėkite po vieną monetą ir suskaičiuokite, kiek monetų ji talpina prieš skęsdama.
- Pagaminkite antrą valtį iš tos pačios folijos, bet kitokios formos (platesnės arba aukštesnės) ir pakartokite.
- Palyginkite, kiek monetų kiekviena forma talpino prieš skęsdama. Ką tai rodo: Eksperimentas rodo, kad forma ir išstumtas vanduo turi įtakos tam, kiek svorio valtis gali išlaikyti prieš skęsdama.
Svarbūs žodžiai
- Plūdrumo jėga: Kylanti stūma, kurią skystis (pvz., vanduo) sukelia jame esančiam objektui.
- Tankis: Kiek masės telpa į tam tikrą tūrį (masė, padalyta iš tūrio).
- Išstumtas tūris: Skysčio kiekis, pasislinkęs į šalį, kai objektas yra skystyje.
- Archimedo principas: Taisyklė, kad plūdrumo jėga lygi išstumto skysčio svoriui.
Trumpi klausimai
Ar bet koks sunkus objektas gali plūduriuoti?
Taip, jei dėl savo formos jis išstumia pakankamai vandens, kad plūdrumo jėga būtų lygi jo svoriui.
Kodėl laivuose yra skylių ir tuščių ertmių?
Tuščios ertmės sumažina vidutinį laivo tankį, todėl jis išstumia daugiau vandens ir plūdrumo jėga išlieka.
Ar sūrus vanduo padeda laivams geriau plūduriuoti?
Taip, sūrus vanduo yra tankesnis nei gėlas vanduo, todėl tas pats laivas išstumia vandenį, kuris sveria daugiau, ir įgauna šiek tiek didesnę plūdrumo jėgą.