1. Vizes kísérletek
1. Kísérlet:
Ha megemelünk valakit a vízben, jóval könnyebbnek érezzük, mint levegőben.
Miért?
2. Kísérlet:
Egy üres műanyag palackot próbálj fokozatosan a vízzel (higannyal) teli edényben lefelé nyomni.Mit tapasztalsz?
Tapasztalatok:
Felhajtóerőnek köszönhetően tudjuk
nehezen lenyomni
könnyebben felemelni
a folyadékokban a tárgyakat.
Továbbá:
Sokkal nehezebb a higanyba lenyomni, mint a vízbe.
Minél mélyebben vagyunk, annál erősebben kell lenyomni.
A kísérlet következménye, hogy kifolyt a folyadék az edényből, a műanyag flakon kiszorította a folyadékot.
3. Kísérlet:
A vízzel telt edénybe mindkét oldalán nyitott üvegcsövet nyomunk függőlegesen. A cső alsó végét egy vékony lap zárja le, melyet a víz alulról a csőre szorít. A lap fölé a külső vízszintig kell vizet tölteni, ha azt akarjuk, hogy a lap leváljon. Ha az üvegcsövet mélyebbre nyomjuk, magasabb rátöltött vízoszlop egyenlíti ki az alulról ható nyomóerőt.
Tapasztalat:
A lapra ható felhajtóerő a hidrosztatikai nyomásból származik, megfelelő mennyiségű víz beöntésével ez az erő meg is szüntethető.
4. Kísérlet:
1. Egy üres és egy abba pontosan beleillő tömör hengerből álló ún. "arkhimédészi hengerpárt" akasszuk rugós erőmérőre, és jelöljük meg az erőmérő állását,2. majd merítsük vízbe az alul elhelyezkedő tömör hengert! Az erőmérő kisebb erőt jelez.
3. Töltsük fel ezután vízzel a felső üres hengert, ügyelve arra, hogy közben továbbra is csak az alsó tömör henger merüljön a vízbe! Mire a henger csordultig telik, az erőmérő ismét az eredeti értéket mutatja. Következésképpen a tömör hengerre valóban a kiszorított víz súlyával egyenlő felhajtóerő hat.
Tapasztalat:
A felhajtóerő nagysága egyenesen arányos a test által kiszorított víz súlyával.
Hasonló kísérletek:
Mindkét esetben a bemerülő test térfogata megegyezik az edényből kifolyt folyadék térfogatával.
A kiszorított folyadék súlya egyenlő a folyadékba merülő test súlyával.
2. Arkhimédesz-törvénye
Arkhimédész görög tudós tanulmányozta először ezt a folyadékok kiszorításával kapcsolatos jelenséget.
Erre fürdőzés közben jött rá: kádba merülve a felesleges víz kifolyik. Annyi vizet szorítunk ki, mint amekkora térfogatú részünk a vízbe merül. „HEURÉKA!!!”
Felhajtóerő:
Jele: Ff
Mértékegysége: N(Newton)
- Minden folyadékba (vagy gázba) merülő testre hat
- Iránya mindig felfelé mutat
A felhajtóerő nagysága függ:
- a folyadék sűrűségétől
- a bemerülő test térfogatától
- a nehézségi gyorsulástól
Felhajtóerő nagysága megegyezik a test térfogatával megegyező térfogatú folyadék súlyával.
Ffel = Fg = m*g = ρf*Vbe*g
Arkhimédesz-törvénye:
Minden folyadékba merülő testre a folyadék hidrosztatikai nyomása miatt felfelé irányuló erő (felhajtóerő) hat, amelynek nagysága egyenlő a test által kiszorított folyadék súlyával.
Arkhimédész-törvény versikéje:
„Minden vízbe mártott test
A súlyából annyit veszt,
Amennyi az általa
Kiszorított víz súlya.”
3. További kísérletek:
1. Kísérlet:
Tapasztalat:
Az olajban a felhajtóerő kisebb, mert kisebb a sűrűsége.
2. Kísérlet:
Arkhimédész azt a feladatot kapta Héron királytól, hogy vizsgálja meg a koronáját: nem kevert-e az ötvös mester más anyagot az arany koronájába.
Arkhimédész fogott egy a koronával azonos tömegű színarany tömböt. A koronát és az aranytömböt víz alá merítve azt találta, hogy a mérleg nem marad egyensúlyban. Az aranytömb kevésbé merült el, mint az korona. A felhajtóerő nem egyenlő. Tehát a korona nem csak aranyból van, hanem más anyaggal van ötvözve. Így bebizonyosodott az ötvös mester bűne, akit a király meg is büntetett.
3. Kísérlet:
Vasgolyó a vízben elmerül, míg a higanyban nem. Miért?
A higany sűrűsége nagyobb a vasénál, ezért a vasgolyó úszik a higany felszínén.
A úszás jelensége alkalmas sűrűségmérésre:
A jéghegynek csak az egy tizede áll ki a vízből a kilenc tizede a víz alatt található!
4. Úszás, lebegés, merülés
A test és a folyadék sűrűségének viszonya határozza meg, hogy a test:- Úszik,
- Lebeg,
- Elmerül.
A jég sűrűsége: 900 kg/m3
A benzin sűrűsége: 700 kg/m3
A petróleum sűrűsége (18°C): 800 kg/m3
A jég nem úszik a benzinben és a petróleumban.
Hajtogass alumíniumfóliából hajót!
A tenger alatti vulkanikus tevékenység gázokat fejleszt (pl.: metánt), amely a víz felszíne felé mozog.
Ha a víz sűrűsége a hajó sűrűsége alá csökken a felfelé haladó gázbuborékok miatt, akkor csökken a felhajtóerő,
ami eddig fenntartotta a hajót a vízen, ezért a hajó lesüllyed, majd megtelik vízzel és elsüllyed.
Példák:
A levegőben a léggömbök, hőlégballonok, léghajók is a felhajtóerő segítségével emelkednek fel.
Cartesius-búvár:
- A palackot megnyomjuk
- a búvárban lévő levegő összenyomódik
- a búvárban lévő víz mennyisége megnő
- a búvár lesüllyed
WC szifon működése:
