Domanda:
Una vasca piena d'acqua peserà di più se aggiungo qualcosa che galleggia nell'acqua?
user1869935
2016-07-30 01:09:58 UTC
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Diciamo che ho un secchio o qualcosa di più grande, come una vasca da bagno piena d'acqua.Pesa quel bagno e ottengo un certo valore, $ x $.

Quindi aggiungo una piccola barca di legno a quella vasca che non tocca i bordi (cioè tocca solo l'acqua).

Questa barca si aggiungerà al peso totale della vasca o il peso della vasca rimarrà lo stesso?

Downvote per non aver definito correttamente cosa intendi per * pieno d'acqua *, portando a risposte vaghe.
Ho cancellato alcuni commenti poco costruttivi.
@user1869935, Ho un esperimento da provare.Prendi un becher da 200 ml e riempilo fino alla tacca da 200 ml.Posizionare il becher su una bilancia o una bilancia e annotare la massa totale.Ora, metti il dito indice nell'acqua ma fai attenzione a non toccare i lati del becher.La lettura della scala è cambiata?In caso affermativo, perché?
Nove risposte:
#1
+82
Cort Ammon
2016-07-30 01:24:15 UTC
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La massa è massa. Se aggiungi qualcosa che ha massa al secchio, il secchio ora ha più massa. Non importa se fosse più denso o meno denso. Se aggiungi 1 kg a un secchio, aggiungi 1 kg.

Ora ci sono due aree in cui questo va in pezzi. Uno è il caso in cui l'oggetto che stai aggiungendo è in realtà meno denso dell'aria (non solo meno denso dell'acqua, ma in realtà meno denso dell'aria, come un palloncino di elio). In questo caso, possiamo dimenticare il piccolo dettaglio se l'oggetto galleggia o meno sull'acqua, possiamo concentrarci sull'intero secchio che è immerso nell'aria. Questo oggetto sposta una massa d'aria maggiore della sua massa, quindi aggiungerà effettivamente portanza al secchio. La massa del secchio sarà ancora secchio + acqua + oggetto, ma le forze di galleggiamento renderanno il secchio più leggero. In effetti, questo è proprio il meccanismo utilizzato dalle mongolfiere.

L'altro caso d'angolo è il caso in cui il secchio è già pieno d'acqua fino all'orlo. L'aggiunta di una singola goccia d'acqua causerebbe la fuoriuscita di una goccia sull'orlo. Ora quando aggiungiamo la nostra barca giocattolo la situazione diventa un po 'più complicata. La barca sposterà una massa d'acqua uguale alla massa della barca. Questo spostamento causerà l'aumento e la fuoriuscita dell'acqua. Se totalizzi tutte le masse in questo caso, scoprirai che il secchio + l'acqua nel secchio + la barca giocattolo avrà la stessa massa del secchio + l'acqua prima di aggiungere la barca giocattolo. Dove è finita la massa extra? C'è una pozzanghera a terra fuori dal secchio, la cui massa è esattamente uguale a quella della barca giocattolo.

C'è un piccolo intoppo.Spesso è possibile riempire la benna oltre il livello del bordo della benna a causa delle forze di tensione superficiale.quando si disturba la tensione superficiale posizionando una piccola barca si può finire per avere più acqua nella pozzanghera rispetto al peso della barca
@RahulJA Tecnicamente è vero.Non so se voglio inserirlo nella storia, ma hai ragione.Ho ignorato gli effetti dinamici della tensione superficiale.Perché le domande semplici sono le più difficili a cui rispondere?:-)
Vedi https://www.youtube.com/watch?v=DxKWSQDeA78 The Falkirk Wheel (ascensore per barche) per un esempio di ciò: i due cassoni (contenitori d'acqua) a ciascuna estremità dell'ascensore si bilanciano l'un l'altro anche se solo unoha una barca dentro.
Sono sorpreso che la legge di Archimede non sia stata nemmeno menzionata nella seconda parte della domanda.Poveretto, dopo tutto mi sono dimenticato.
Potrebbe essere impossibile far galleggiare qualsiasi cosa che sia meno densa dell'aria.
@SLC Sì, il galleggiamento sarebbe difficile.Posso aggiungere qualcosa di più leggero dell'aria, ma galleggiare sarebbe difficile poiché vorrebbe sollevarsi completamente sopra l'acqua.A quel punto la forma del secchio è importante: ha una sporgenza per catturare l'oggetto più leggero dell'aria mentre si alza.Volevo aggiungerlo perché volevo includere i casi d'angolo in cui l'OP sarebbe stato corretto e l'intero sistema non avrebbe pesato di più.Trovo che sia utile includere i limiti di un modello, soprattutto quando prendo una linea così dura: "la massa è massa".Ci ricorda di controllare prima le nostre ipotesi.
#2
+20
dmckee --- ex-moderator kitten
2016-07-30 04:20:30 UTC
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Non solo l'aggiunta di qualcosa che galleggia fa sì che il sistema appesantisca di più, appendendo qualcosa che non galleggia da una corda e abbassandolo nell'acqua senza lasciarlo toccare il fondo o i lati del secchio fa aumentare il peso del sistema.

Sul serio. Ne faccio regolarmente una dimostrazione in classe. Metto un becher pieno per circa 2/3 d'acqua su un bilanciere a trave e aggiusto il tutto finché non risulta equilibrato. Quindi abbasso un peso in ottone o acciaio su una corda senza che tocchi i lati o il fondo del bicchiere. La scala scende sul lato del bicchiere.

Ci sono due modi per capirlo:

  • Nreazione newtoniana Se il fluido spinge verso l'alto nell'oggetto (forza di galleggiamento), allora c'è una forza di reazione di terza legge sul fluido che è supportata dal becher ea sua volta dalla bilancia.

    Inoltre, puoi misurare la forza di galleggiamento regolando il peso della trave fino a quando non si riequilibra e sottraendo questo nuovo peso da quello vecchio.

  • Static pressure Quando abbiamo abbassato il peso, ha spostato un po 'di liquido verso l'alto, rendendo la colonna nel becher più profonda di quanto non fosse. La pressione dell'acqua sul fondo aumenta di conseguenza.

(In entrambi i casi ho supposto che il bicchiere sia non pieno per iniziare nel modo in cui Hot Licks menziona in un commento.)

La mia ipotesi è che aumenti il peso di una quantità pari all'acqua spostata dall'oggetto sospeso.Avrei ragione?Allo stesso modo, non sarebbe diverso se l'oggetto fosse posizionato in alto o in basso nell'acqua.Questo è fondamentalmente simile a una barca che galleggia sull'acqua, solo che l'oggetto è sommerso.
@Cool Il peso dell'acqua spostata * è * la forza di galleggiamento, dopo tutto.
Potrebbe aiutare a illustrare meglio l'effetto se il peso in ottone fosse esso stesso sospeso a un bilanciere a molla, da misurare prima e dopo l'abbassamento del peso.Per maggiore interesse, il bilanciamento della molla potrebbe essere mascherato mentre viene abbassato, in modo che gli studenti possano dedurre (o indovinare) la lettura.
@agc l'ho provato.* Dovrebbe * aumentare l'efficacia (ed è una dimostrazione molto esplicita della terza legge di Newton), ma sembra confondere alcuni degli studenti più deboli.
#3
+19
Steeven
2016-07-30 01:29:58 UTC
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Il secchio trasporta entrambe le cose: acqua e barca.

Altrimenti sarei in grado di trasportare qualsiasi cosa in una tazza di liquido abbastanza denso (se potessi bilanciarlo).

Il fatto che una forza di galleggiamento sostenga la barca non è diverso da quando un vassoio sostiene tazze e piatti con una forza normale.La terza legge di Newton dice che tale forza dà una forza uguale verso il basso su qualunque cosa la sostenga.Senti ancora il peso di entrambi.

grande analogia con il vassoio delle tazze!
#4
+7
Jens
2016-07-30 22:09:53 UTC
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Puoi rispondere tu stesso con un Gedankenexperiment:

E se la barca che hai aggiunto fosse fatta d'acqua?(A proposito, non è affatto difficile: un iceberg è solo una barca fatta d'acqua.)

#5
+5
user108787
2016-07-30 01:21:03 UTC
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Sì, il peso totale aumenterà.

Dal Principio di Archimede

Supponi che il peso di una roccia sia misurato come 10 newton quando è sospeso da una corda nel vuoto con la gravità che agisce su di esso.Supponiamo che quando la roccia viene calata in acqua, sposti l'acqua di peso di 3 newton.La forza che poi esercita sulla corda da cui è appeso sarebbe di 10 newton meno i 3 newton di forza di galleggiamento: 10 - 3 = 7 newton.La galleggiabilità riduce il peso apparente degli oggetti che sono affondati completamente sul fondo del mare.In genere è più facile sollevare un oggetto attraverso l'acqua che estrarlo dall'acqua.

La parola apparente è importante qui, è relativa all'acqua, ma il peso netto dell'acqua e qualunque cosa ci metti dentro, anche se galleggia, aumenterà.

#6
+2
Selene Routley
2016-07-30 03:50:27 UTC
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Sì, peserà di più;devi solo considerare il sistema secchio-acqua-galleggiante / zavorra nel suo insieme per rispondere a questa domanda.

Se l'oggetto fluttua o meno decide semplicemente quali forze mantengono il floater / sinker nel sistema.Il galleggiante / zavorra spinge verso il basso sull'acqua, che spinge verso l'alto attraverso la forza di galleggiamento.Se il corpo affonda, poggia contro il fondo del secchio, che si spinge anche verso l'alto sul corpo, quindi in quel caso sia le forze di galleggiamento che le forze di reazione del secchio sostengono il corpo.

#7
  0
Rohit Joshi
2016-07-30 14:42:22 UTC
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Certo che lo farà, considera che se mettessi un peso che riceve sostegno dalla tua testa e ti pesa, sicuramente il tuo peso aumenterebbe. O Considerato un grande pallone d'aria se lo premessi, cioè applicassi pressione sopra di esso. (Equivalente ad aggiungere un peso) e lo posizionassi in una macchina per pesare, mostrerebbe un aumento della sua massa.

#8
  0
kamran
2016-07-31 00:52:20 UTC
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Facciamo un esperimento mentale: metti il ​​secchio su una bilancia circolare sensibile libera di scorrere su e giù per mostrare il peso e ruota per accogliere il secchio.

quando si abbassa la barca sulla superficie dell'acqua, la bilancia leggerà un picco un po 'più del peso totale della benna e della barca insieme perché assorbe l'energia cinetica della velocità di discesa della barca e ne interrompe la caduta .

Quindi la bilancia inizierà a salire e scendere in una vibrazione sinusoidale morente che smorza l'impatto della collisione con la barca.
infine si fermerà in modo fisso mostrando il peso totale.
Accadranno altre cose interessanti, ad es. se abbassando la barca tocchi la benna e la fai ruotare sulla bilancia leggerà meno Wight perché parte del peso totale è ora supportato dalle pareti della benna a causa delle forze centripete.
Posizionando la tua barca in determinati punti potresti creare onde stazionarie dall'aspetto piacevole!
Se avessi una sonda laser molto sensibile potresti misurare l'abbassamento dell'effetto della piccola barca sull'orbita terrestre!

#9
  0
Yuvraj
2019-08-29 16:24:45 UTC
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Sì, il peso aumenterà, quale misura della macchina è mg = dove m è la massa del secchio + la massa dell'acqua + la massa del blocco. ecco come funziona il meccanico newtoniano, quando pensiamo alla risposta a questo problema arriva la domandain una mente c'è la forza che spinge il blocco verso l'alto, anche in questo caso il blocco della legge di Newton lo spinge indietro.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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