Εικονικό πείραμα: Πλεύση

Το περιβάλλον του εικονικού πειράματος αποτελείται από:

Ένα δοχείο που περιέχει υγρό, το οποίο μπορεί να είναι οινόπνευμα ή λάδι ή νερό ή αλατόνερο ή υδράργυρος και το οποίο επιλέγεται από τα αντίστοιχα πλήκτρα.
Ένα σώμα σε σχήμα κύβου, πλευράς 10cm, που το υλικό του μπορεί να είναι ξύλο ή πάγος ή γυαλί ή σίδερο και το οποίο επίσης επιλέγεται από τα αντίστοιχα πλήκτρα.

Με το εικονικό πείραμα μπορείς:

Να τοποθετήσεις σώματα από διαφορετικό υλικό σε διαφορετικά υγρά και να παρατηρήσεις αν βυθίζονται ή όχι.
Να μετρήσεις με τον χάρακα τη βύθιση ενός σώματος που επιπλέει σε κάποιο υγρό.
Να εξάγεις συμπεράσματα για τη σχέση των πυκνοτήτων του σώματος και του υγρού, με το αν βυθίζεται ή αν επιπλέει το σώμα σε αυτό το υγρό.

Οδηγίες εκτέλεσης της προσομοίωσης

Επίλεξε το πλήκτρο "ξύλο", από την αριστερή στήλη. Το σώμα που θα χρησιμοποιηθεί θα είναι ένας ξύλινος κύβος.
Επίλεξε με το πλήκτρο "οινόπνευμα", από τη δεξιά στήλη. Το υγρό που θα χρησιμοποιηθεί θα είναι το οινόπνευμα.
Επίλεξε το πλήκτρο "έναρξη" και τότε ο κύβος που κρατιέται πάνω από την επιφάνεια του υγρού από ένα χέρι, αφήνεται ελεύθερος.
Ο κύβος ξύλου επιπλέει στο οινόπνευμα.
Με τον χάρακα μέτρησε:
- Πόσο βυθίστηκε ο κύβος στο οινόπνευμα.
- Πόσο ανέβηκε η στάθμη του οινοπνεύματος.
Επίλεξε το πλήκτρο "μεγέθυνση" για να γίνει πιο σωστή η μέτρηση.
Επίλεξε το πλήκτρο "σμίκρυνση" για να επανέλθει η οθόνη στην αρχική κατάσταση.
Επίλεξε το πλήκτρο "επαναφορά" και επανάλαβε τις προηγούμενες ενέργειες με διαφορετικό υλικό κύβου και διαφορετικό υγρό.
Σε ορισμένες περιπτώσεις ο κύβος βυθίζεται και σε άλλες περιπτώσεις ο κύβος επιπλέει στο υγρό.
Παρατήρησε τις τιμές των πυκνοτήτων του κύβου και του υγρού. Πότε ο κύβος βυθίζεται και πότε επιπλέει;

Η προσομοίωση λειτουργεί και με το πληκτρολόγιο ως εξής:

Όταν ανοίγει η προσομοίωση, γίνεται πλοήγηση με το πλήκτρο "TAB" στην "καρτέλα συντελεστών" και στην "οθόνη βοήθειας". Τα πλήκτρα ενεργοποιούνται με το "Enter", και η πλοήγηση στις καρτέλες γίνεται ξανά με το "TAB".
Έπειτα η πλοήγηση συνεχίζεται μόνο στην προσομοίωση ως εξής:

Με το πλήκτρο "TAB" επιλέγεις τα πλήκτρα της προσομοίωσης ("ξύλο", "πάγος", "γυαλί", "σίδερο", "οινόπνευμα", "λάδι", "νερό", "αλατόνερο", "υδράργυρος", "έναρξη", "επαναφορά", "μεγέθυνση", "σμίκρυνση"), τον χάρακα και τα πλήκτρα του template ("ανανέωση", "προβολή πλήρους οθόνης").
Τα πλήκτρα της προσομοίωσης, αφού τα επιλέξεις με το "TAB", λειτουργούν με το πλήκτρο "space" (κενό) του πληκτρολογίου.
Τον χάρακα, αφού τον επιλέξεις με το "TAB", τον μετακινείς με τα βέλη του πληκτρολογίου. Εάν, ταυτόχρονα με τα βέλη, επιλέξεις και το πλήκτρο "Shift", η μετακίνηση του χάρακα γίνεται με μικρότερο βήμα.
Τα πλήκτρα του template, αφού τα επιλέξεις με το "TAB", λειτουργούν με το πλήκτρο "space" (κενό) του πληκτρολογίου.
Η σειρά ενεργοποίησης των πλήκτρων/αντικειμένων στην προσομοίωση είναι η εξής:
"προβολή πλήρους οθόνης" → "ξύλο" → "πάγος" → "γυαλί" → "σίδερο" → "οινόπνευμα" → "λάδι" → "νερό" → "αλατόνερο" → "υδράργυρος" → "έναρξη" → "μεγέθυνση" → "σμίκρυνση" → "επαναφορά" → "ανανέωση template", και επαναλαμβάνεται η ίδια σειρά.

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ – ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΠΕΙΡΑΜΑ: ΠΛΕΥΣΗ

Ομάδα 2-3 μαθητών:
Υπεύθυνος καθηγητής:
Ημερομηνία:

Εισαγωγή

Το περιβάλλον του εικονικού πειράματος αποτελείται από:

Ένα δοχείο που περιέχει υγρό (οινόπνευμα ή λάδι ή νερό ή αλατόνερο ή υδράργυρο), το οποίο επιλέγεται από τα αντίστοιχα πλήκτρα.

Εικόνα Περιβάλλον Εικονικού Εργαστηρίου για την πλεύση

Εικόνα 1: Περιβάλλον εικονικού πειράματος για την πλεύση.

Ένα σώμα σε σχήμα κύβου, πλευράς 10cm που το υλικό του (ξύλο ή πάγος ή γυαλί ή σίδερο) επίσης επιλέγεται από τα αντίστοιχα πλήκτρα.
Έναν χάρακα με τον οποίο μπορείς να μετρήσεις τη βύθιση του σώματος στο υγρό όταν αυτό επιπλέει.

Σκοπός του πειράματος

Να διερευνήσεις:

Την εξάρτηση της πλεύσης από τη σχέση των πυκνοτήτων σώματος και υγρού.
Για τα σώματα που επιπλέουν, την εξάρτηση του ποσοστού του βυθισμένου όγκου του σώματος από τις πυκνότητες του σώματος και του υγρού.

Εικονικό Πείραμα

Μέρος Α: Πλεύση - βύθιση και πυκνότητες (σώματος - υγρού)

Υπόθεση/Ερώτημα

Ένα σώμα επιπλέει σε ένα υγρό, όταν:

Η πυκνότητα του σώματος είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα του υγρού.
Η πυκνότητα του σώματος είναι μικρότερη από την πυκνότητα του υγρού.
Δεν παίζει ρόλο η πυκνότητα του σώματος και του υγρού, αλλά υπάρχει άλλος παράγοντας που επιτρέπει την πλεύση του σώματος.

(Επίλεξε τη σωστή πρόταση πριν την εκτέλεση της δραστηριότητας).

Δραστηριότητα

Στο εικονικό πείραμα μπορείς να εκτελέσεις τις παρακάτω ενέργειες:

Να επιλέξεις το υλικό του σώματος και το είδος του υγρού, όπως υποδεικνύει η πρώτη σειρά του Πίνακα 1, και να συμπληρώσεις στην ίδια σειρά τις πυκνότητες του σώματος και του υγρού, οι οποίες αναφέρονται στην προσομοίωση.
Να επιλέξεις το πλήκτρο "έναρξη". Τότε το σώμα αφήνεται ελεύθερο να κινηθεί μέσα στο υγρό. Να εξετάσεις αν αυτό επιπλέει ή όχι, και να συμπληρώσεις το αποτέλεσμα στον Πίνακα 1.
Να επαναλάβεις το ίδιο για τις άλλες δύο σειρές του Πίνακα 1.
Στις κενές σειρές να δημιουργήσεις τα δικά σου ζευγάρια σώμα-υγρό και, όπως και στα προηγούμενα, να συμπληρώσεις τις πυκνότητες και αν το σώμα επιπλέει ή όχι.

Πίνακας 1

Ερωτήσεις - Συμπεράσματα

Χρησιμοποίησε τον Πίνακα 1 και απάντησε στα ερωτήματα:

Όταν ένα σώμα επιπλέει σε ένα υγρό, ποια είναι η σχέση ανάμεσα στις πυκνότητες ρ_{σώματος} και ρ_υγρού;
Όταν ένα σώμα βυθίζεται σε ένα υγρό, ποια είναι η σχέση ανάμεσα στις πυκνότητες ρ_{σώματος} και ρ_υγρού;
Υπάρχει περίπτωση ένα σώμα να επιπλέει αλλά όλος ο όγκος του να είναι βυθισμένος στο υγρό; Αν ναι, ποια είναι τότε η σχέση ανάμεσα στις πυκνότητες ρ_{σώματος} και ρ_υγρού;

Μέρος Β: Πλεύση σώματος

Υπόθεση/Ερώτημα

Όταν ένα σώμα επιπλέει σε ένα υγρό, για το κλάσμα του όγκου του σώματος που έχει βυθιστεί στο υγρό προς τον συνολικό όγκο του σώματος, V_{βυθισμ_σώμα} V_σώμα , θα ισχύει:

Τα σώματα που έχουν τη μικρότερη πυκνότητα έχουν μεγαλύτερο κλάσμα V_{βυθισμ_σώμα} V_σώμα .
Όλα τα σώματα έχουν το ίδιο κλάσμα V_{βυθισμ_σώμα} V_σώμα .
Τα σώματα που έχουν τη μεγαλύτερη πυκνότητα έχουν μεγαλύτερο κλάσμα V_{βυθισμ_σώμα} V_σώμα .

(Επίλεξε τη σωστή πρόταση πριν την εκτέλεση της δραστηριότητας).

Δραστηριότητα

Θα ασχοληθείς με περιπτώσεις που το σώμα επιπλέει σε κάποιο υγρό. Στο εικονικό πείραμα μπορείς να εκτελέσεις τις παρακάτω ενέργειες:

Να επιλέξεις ένα σώμα και ένα υγρό έτσι ώστε το σώμα να επιπλέει σε αυτό.
Με τον χάρακα, να μετρήσεις τη βύθιση του σώματος h σε cm.
Να συμπληρώσεις τη πρώτη σειρά του Πίνακα 2 με το είδος του σώματος, του υγρού, τις πυκνότητες τους και τη βύθιση h.
Να υπολογίσεις τον όγκο του σώματος που είναι βυθισμένο.
Να υπολογίσεις το πηλίκο του βυθισμένου όγκου του σώματος προς τον όγκο όλου του σώματος.
Να υπολογίσεις το πηλίκο της πυκνότητας του σώματος προς την πυκνότητα του υγρού.
Να συμπληρώσεις στη πρώτη σειρά του Πίνακα 2, αυτούς τους υπολογισμούς. Παρατηρείς κάτι;

Πίνακας 2

Να επαναλάβεις το ίδιο για άλλες 2 περιπτώσεις στις οποίες ένα σώμα επιπλέει σε κάποιο υγρό.

Ερωτήσεις - Συμπεράσματα

Χρησιμοποίησε τον Πίνακα 2 και απάντησε στα ερωτήματα:

Πώς σχετίζονται τα πηλίκα V_{βυθισμ_σώμα} V_σώμα και ρ_{σώματος} ρ_υγρού για ένα σώμα που επιπλέει;
Για έναν κύβο με ακμή 10cm, που αποτελείται από άγνωστο υλικό, βρέθηκε ότι βυθίζεται στο αλατόνερο πυκνότητας 1,25g/cm³, κατά 8cm. Μπορείς να υπολογίσεις την πυκνότητα του αλατόνερου;

Συμπεράσματα

Χρησιμοποιώντας τα προηγούμενα συμπεράσματα και δραστηριότητες, απάντησε στις παρακάτω ερωτήσεις:

Πότε ένα σώμα επιπλέει σε ένα υγρό;
Πώς μπορεί τότε να προσδιοριστεί το κλάσμα V_{βυθισμ_σώμα} V_σώμα , αν είναι γνωστές οι πυκνότητες του σώματος ρ_{σώματος} και του υγρού ρ_υγρού;