דחיקת המים
איך מודדים נפח של אבן? של מפתח? של כל גוף בצורה לא סדורה?
העיקרון הפיזיקלי
פרוטוקול מעבדה
שלבי ביצוע הניסוי:
- שלב 1: ממלאים משורה במים עד גובה נוח וקריא (למשל 50 מ"ל). רושמים: V₁ = 50 מ"ל
- שלב 2: מכניסים את הגוף בזהירות למשורה, כך שיהיה שקוע לגמרי במים
- שלב 3: קוראים את הגובה החדש של המים (למשל 65 מ"ל). רושמים: V₂ = 65 מ"ל
- שלב 4 - חישוב: נפח הגוף = V₂ - V₁ = 65 - 50 = 15 מ"ל (או 15 סמ"ק)
בועות אוויר
ודאו שאין בועות אוויר צמודות לגוף!
בועות יגרמו לקריאה שגויה-המים יעלו יותר מדי.
שקיעה מלאה
הגוף חייב להיות שקוע לגמרי במים.
אם הגוף צף-צריך שיטה אחרת (נלמד בהמשך).
מה עושים כשהגוף צף?
דילמה מתודולוגית שכיחה מתרחשת כאשר צפיפות האובייקט בו אנו עורכים מדידה פחותה מזו של המים (ציפה במקום שקיעה). כדי להתגבר על מגבלה זו בשיטת דחיקת המים, יש להעזר באובייקט-עזר לשקיעה היבשה.
הפתרון: משתמשים במשקולת!
1. מודדים את נפח המשקולת בנפרד (V_משקולת)
2. קושרים את הגוף הצף למשקולת
3. מודדים את הנפח הכולל (V_כולל)
4. נפח הגוף הצף = V_כולל - V_משקולת
כך ניתן למדוד גם נפח של פקק שעם, כדור פינג-פונג, או כל גוף צף אחר!
לפי האגדה, המלך הירון ביקש מארכימדס לבדוק אם הכתר שלו עשוי מזהב טהור, בלי להזיק לכתר.
ארכימדס התקשה לפתור את הבעיה-עד שיום אחד נכנס לאמבטיה. הוא הבחין שהמים עולים כשגופו נכנס פנימה!
הוא הבין שיכול למדוד את נפח הכתר בלי לפגוע בו, ובכך לחשב את צפיפותו. אם הצפיפות שונה מזהב טהור-מישהו רימה את המלך!
לפי האגדה, ארכימדס קפץ מהאמבטיה וצעק "יוריקה!"-"מצאתי!" ביוונית.
שאלה לחשיבה
כיצד נובע נפחו של גוף שקוע מלא מניסוי דחיקת המים במשורה?
הנוזל אינו דחוס בהנחה הלימודית; הגוף דוחק נוזל בנפח השווה לנפחו. לכן V_גוף = V_אחרי − V_לפני. בועות או גוף שלא שקוע לגמרי יגרמו לשגיאה.