Wirtualne laboratorium/Fizyka/Hydrostatyka/Wypór — co pływa, a co tonie?

Wypór — co pływa, a co tonie?

Co zrobimy: Wrzucimy ciało do cieczy i sprawdzimy, czy pływa, czy tonie — a potem z tej samej stali uformujemy miskę i zobaczymy, co się zmieni.

Co widzisz na ekranie: Naczynie z cieczą i zanurzone ciało ze strzałkami ciężaru (w dół) i wyporu (w górę), przełączniki kształtu (bryła / miska) i cieczy oraz suwak gęstości. Pasek gęstości zestawia gęstość ciała z gęstością cieczy — to on rozstrzyga wynik. Odczyty: gęstość ciała i cieczy, stan, procent zanurzenia.

Wypór — co pływa, a co tonie?
Fizyka · Hydrostatyka · Prawo Archimedesa (FIZ.MECH.PR.25)
Gęstość materiału ρ7800 kg/m³≈ stal
Wrzucamy litą bryłę (stal) do cieczy „woda” — co się stanie?
ρ ciała (śr.)
7800
ρ cieczy
1000
ciężar vs wypór
ciężar >
stan
tonie
zanurzenie
100%
🎯 Wyzwanie: pływa czy tonie?
seria: 0

Dam Ci ciało (gęstość, kształt) i ciecz — zgadnij, co się stanie. Decyduje średnia gęstość ciała wobec gęstości cieczy.

Co się właśnie stało?

Ten sam kawałek stali utonął jako lita kula, a pływał jako miska. Materiał się nie zmienił — zmienił się kształt, a przez to średnia gęstość. O pływaniu decyduje nie ciężar, tylko gęstość.

Dwie siły walczą o wynik:

Ciężar ciągnie w dół, siła wyporu pcha w górę.

Fcięz˙ar=mgFwyporu=ρcieczy g VzanurzF_{\text{ciężar}} = m g \qquad F_{\text{wyporu}} = \rho_{\text{cieczy}}\, g\, V_{\text{zanurz}}

Skąd bierze się wypór — prawo Archimedesa:

Ciało wypycha ciecz na boki, a ciecz odpowiada siłą w górę równą ciężarowi wypartej cieczy. Im więcej cieczy wypchniesz, tym mocniej Cię wypycha.

Kto wygrywa? Porównaj gęstości:

ρciała<ρcieczy  ⇒  pływa\rho_{\text{ciała}} < \rho_{\text{cieczy}} \;\Rightarrow\; \text{pływa}
ρciała>ρcieczy  ⇒  tonie\rho_{\text{ciała}} > \rho_{\text{cieczy}} \;\Rightarrow\; \text{tonie}
ρciała=ρcieczy  ⇒  zawisa w cieczy\rho_{\text{ciała}} = \rho_{\text{cieczy}} \;\Rightarrow\; \text{zawisa w cieczy}

Liczy się nie ile ciało waży, tylko ile waży wobec takiej samej objętości cieczy.

Dlaczego stalowy statek nie tonie?

Lita stal (~7800 kg/m³) tonie. Ale uformowana w kadłub zamyka w środku powietrze. Liczy się średnia gęstość całości (stal + powietrze) — a ta spada poniżej gęstości wody. Dlatego wielotonowy statek pływa, a mała śruba tonie.

Ile ciała się zanurza?

VzanurzVcałosˊci=ρciałaρcieczy\dfrac{V_{\text{zanurz}}}{V_{\text{całości}}} = \dfrac{\rho_{\text{ciała}}}{\rho_{\text{cieczy}}}

Lód (~917 kg/m³) → 91% góry lodowej jest pod wodą; nad powierzchnią tylko czubek.

Po co Ci to na maturze:

Warunek pływania i Fwyporu=ρgVF_{\text{wyporu}} = \rho g V to komplet do zadań o łodziach, balonach (to samo w powietrzu) i hydrometrii. Chwyt: przyrównaj ciężar do wyporu — masz równanie.

Zapamiętaj: o pływaniu decyduje gęstość, nie masa. Wystarczy zamknąć w kształcie powietrze, by najcięższy materiał utrzymał się na wodzie.

Ruch zwolniony · Wirtualne laboratorium NexTutor

Spodobał Ci się eksperyment? Udostępnij go.

Jest darmowy — podeślij znajomym ze szkoły.

Teoria i wzory

Siła wyporu

Na ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu, równa ciężarowi wypartej cieczy: Fw=ρc g VzF_w = \rho_c\,g\,V_z Zależy od gęstości cieczy i objętości części zanurzonej — nie od gęstości samego ciała.

Warunek pływania

O losie ciała decyduje porównanie gęstości:

  • ρciała<ρc\rho_{ciała} < \rho_c — ciało pływa,
  • ρciała>ρc\rho_{ciała} > \rho_c — ciało tonie,
  • ρciała=ρc\rho_{ciała} = \rho_c — zawisa w cieczy.

Dlaczego statek pływa

Stalowy kadłub zamyka w środku powietrze, więc średnia gęstość statku jest mniejsza od wody. Lita śruba ma gęstość stali — tonie.

Oznaczenia: FwF_w — siła wyporu, ρc\rho_c — gęstość cieczy, ρciała\rho_{ciała} — średnia gęstość ciała, g≈9,81 m/s2g \approx 9{,}81\ \mathrm{m/s^2}, VzV_z — objętość zanurzona.

Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.

Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.

Uczysz w klasie albo korepetujesz? Prowadź uczniów w NexTutor →

Najczęstsze pytania

›

Kiedy ciało pływa, a kiedy tonie?

Pływa, gdy jego średnia gęstość jest mniejsza od gęstości cieczy; tonie, gdy większa; zawisa, gdy równa.

›

Ile wynosi siła wyporu?

F = ρ_cieczy · g · V_zanurzonej — jest równa ciężarowi wypartej cieczy.

›

Dlaczego stalowy statek pływa, a śruba tonie?

Kadłub zamyka w środku powietrze, więc średnia gęstość statku jest mniejsza od wody; lita śruba ma gęstość stali.

Teoria (klasa): FIZ.1.3.4 → Lekcja maturalna: FIZ.M.2.3 → Wzór w tablicach →

Powiązane eksperymenty

Prawo Bernoulliego — ciśnienie w przepływie →Ciśnienie hydrostatyczne — wzór p = ρgh i paradoks hydrostatyczny →Naczynia połączone — poziom cieczy →Prawo Pascala — podnośnik hydrauliczny →