בוחרים ממה עשוי הגוף ובאיזה נוזל הוא נמצא, או כותבים צפיפות בעצמכם. הסימולציה מראה אם הגוף צף, מרחף או שוקע, כמה ממנו מתחת לפני הנוזל, ואת כוח העילוי, עם תרשים כוחות וחישוב מלא.
ממה עשוי הגוף?
באיזה נוזל?
בוחרים חומר ונוזל, או כותבים צפיפות בעצמכם. החישוב עם g = 10 m/s².
החישוב המלא, צעד אחר צעד
מה אומר חוק ארכימדס?
כל גוף בתוך נוזל מקבל מהנוזל כוח כלפי מעלה, כוח העילוי. לפי חוק ארכימדס, כוח העילוי שווה למשקל הנוזל שהגוף דוחק, כלומר למשקל של כמות נוזל בנפח של החלק השקוע:
B כוח העילוי · ρ צפיפות הנוזל · V הנפח שמתחת לפני הנוזל
הכוח נוצר מהבדלי לחץ: הלחץ בנוזל גדל עם העומק, ולכן הנוזל דוחף את התחתית של הגוף חזק יותר מאשר את החלק העליון. עוד במאמרים חוק ארכימדס ולחץ הידרוסטטי.
צף, מרחף או שוקע?
מה שקובע הוא ההשוואה בין הצפיפות של הגוף לצפיפות של הנוזל. הגודל והצורה של הגוף לא משנים את התשובה:
| המצב | הצפיפויות | כוח העילוי |
|---|---|---|
| צף | הגוף פחות צפוף מהנוזל | שווה למשקל, רק חלק מהגוף בתוך הנוזל |
| מרחף | הצפיפויות שוות | שווה למשקל, כל הגוף בתוך הנוזל |
| שוקע | הגוף צפוף יותר מהנוזל | קטן מהמשקל, הגוף יורד לקרקעית |
בגוף צף אפשר לחשב כמה ממנו מתחת לפני הנוזל. מציבים B = W ומקבלים:
למשל קרח במי ים: 920 / 1030 ≈ 0.893, כלומר כ־89% מתחת למים
ניסויים שכדאי לעשות
- קצה הקרחון. בחרו קרח במי ים. רק כ־11% מהקרחון בולט מעל המים, ולכן רוב הקרחון מוסתר.
- ברזל שצף. בחרו ברזל בכספית. הכספית צפופה יותר מברזל, ולכן גוש ברזל צף בה, עם כ־58% מתחת לפני הכספית.
- קרח שמרחף. לשמן שבסימולציה יש אותה צפיפות כמו לקרח, ולכן הקרח מרחף. באלכוהול, שפחות צפוף, הקרח שוקע.
- משקל מדומה. בחרו אלומיניום במים וסמנו “לתלות על דינמומטר”. הדינמומטר מראה פחות מהמשקל, וההפרש הוא בדיוק כוח העילוי.
תרגיל פתור: גוש אלומיניום על דינמומטר
תרגיל פתור
הנתונים: גוש אלומיניום בנפח 500 סמ”ק תלוי על דינמומטר ושקוע כולו במים. צפיפות האלומיניום 2700 ק”ג למ”ק, g = 10 m/s².
השאלה: מה כוח העילוי, ומה מראה הדינמומטר?
- ממירים את הנפח:
V = 500 cm³ = 0.0005 m³ - המשקל:
W = 2700 · 0.0005 · 10 = 13.5 N - כוח העילוי, כשכל הגוף במים:
B = 1000 · 0.0005 · 10 = 5 N - הדינמומטר מראה את ההפרש:
W − B = 13.5 − 5 = 8.5 N
התשובה: כוח העילוי הוא 5 ניוטון, והדינמומטר מראה 8.5 ניוטון במקום 13.5.
B = 5 N , W − B = 8.5 N
שאלות נפוצות
איך אונייה מפלדה צפה?
האונייה חלולה, ורוב הנפח שלה הוא אוויר. הצפיפות הממוצעת שלה, המסה הכוללת חלקי הנפח הכולל, קטנה מצפיפות המים, ולכן היא צפה.
האם כוח העילוי תלוי בעומק?
לא, כל עוד הגוף כולו בתוך הנוזל. העילוי תלוי רק בנפח השקוע ובצפיפות הנוזל, ולכן גוף שוקע מקבל אותו עילוי בכל עומק.
למה קל יותר לצוף בים מאשר בבריכה?
כי מי ים צפופים יותר ממים מתוקים, 1030 לעומת 1000 ק”ג למ”ק. כדי לדחוק אותו משקל של מים, מספיק נפח שקוע קטן יותר.
רוצים ללמוד פיזיקה בלי להיתקע?
בקורסים של פיזיקס יש שיעורי וידאו מסודרים, מכיתה ז׳ ועד הבגרות, וחוברת תרגול עם פתרון וידאו לכל תרגיל.
לכל הקורסיםרוצים קודם לתרגל לבד? הורידו חוברת תרגול בחינם