Stålkugle der kan flyde på vand

Forsøg nr.: 117
Formål: At demonstrere opdrift i vand.
Resume: To stålkugler puttes i en skål med vand. Begge kugler vejer det samme, men de har forskellig radius. Den lille kugle synker, mens den store flyder.
Nøgleord: Masse, tyngdekraft, massefylde, opdrift, væskestatik.

Beskrivelse:

Hvordan kan det være, at et stort skib på flere tons kan flyde på vand? Dette forsøg viser, hvordan vægten af en genstand ikke er alene om at bestemme, og noget kan flyde. To stålkugler med nøjagtig samme masse kan laves i forskellige størrelser, således at den ene kan flyde på vandet, og den anden synker til bunds:

To stålkugler i et glas med vand. Begge kugler har samme masse, men de har forskellig størrelse. Den største (som flyder) er 12,7 cm i diameter, og den mindste (der ligger på bunden) er 3,5 cm i diameter.

Den store kugle fortrænger meget mere vand, end den lille, og dermed er opdriften på den også større.

Læs mere om opdrift og Arkimedes' Lov i referencerne.

Før man starter, er det vigtigt, at man kontrollerer, at kuglerne vejer det samme. Dette kan naturligvis gøre med en vægt, men man kan også lade en blandt publikum prøve at veje dem i hånden. Tager man en kugle i hver hånd, vil personen formentligt bedømme, at den lille kugle vejer mindst. Dette skyldes, at kuglen rører ved et mindre område på hånden, og dermed er trykket på håndfladen større.

I stedet skal man prøve at lægge de to kugler ned i hver sin plastikpose. Personen, der skal bedømme vægten, skal nu lukke øjnene og tage en plastikpose i hver hånd. Det er nu ikke længere muligt at afgøre størrelserne på de to kugler.

Udstyr og materialer:

Vand
Steel Sphere Density Kit

Referencer:

Arkimedes' Lov.
T.B. Daniel: "Archimede's principle without the king's crown", The Physics Teacher 36, 557 (1998). (http://scitation.aip.org/tpt)
E.D. Noll: "Confirming the buoyant force", The Physics Teacher 40, 8 (2002). (Gennemgang af elevforsøg, der bruger opdrift i væske til at måle genstandes massefylde) (http://scitation.aip.org/tpt)
H. Fakhruddin: "An Archimedes' principle activity", The Physics Teacher 40, 376 (2002). (http://scitation.aip.org/tpt)
E.H. Graf: "Just what did Archimedes Say About Buoyancy?", The Physics Teacher 42, 296 (2004). (Hvordan formulerede Arkimedes selv sin lov?) (http://scitation.aip.org/tpt)

PIRA DCS: 2B40.00 (Væskemekanik: Væskestatik)

Opdateret: 27.01.2006

Har du kommentarer, rettelser eller tilføjelser til dette forsøg, så send en til FYSIKBASEN.DK.