Kan bowlingkugler flyde?

Forsøg nr.: 4
Formål: At demonstrere egenskaber for opdrift i vand og Arkimedes' Lov.
Resume: To bowlingkugler lægges i et kar med vand. Den ene synker til bunds, den anden flyder.
Nøgleord: Masse, tyngdekraft, massefylde, opdrift, væskestatik.

Beskrivelse:

Bowlingkugler findes i flere udgaver med samme diameter og forskellig masse. Massen opgives normalt i pund, og i et bowlingcenter kan man for eksempel finde kugler af masser op til 16 pund.

Det interessante er, at de fleste mennesker intuitivt vil mene, at en bowlingkugle synker til bunds, når den smides i et kar med vand. Det er også rigtigt for mange bowlingkugler, men de letteste vil faktisk flyde!

To bowlingkugler i et vandkar. Kuglen til venstre (15 pund) ligger på bunden, mens kuglen til højre (10 pund) flyder.

En standard bowlingkugle må maksimalt veje 16 pund og have en omkreds på 27 tommer. Denne omkreds svarer til en diameter på 21,83 cm, hvilket igen svarer til et rumfang på 5,45 liter. Opdrift er bestemt af, hvor meget vand bowlingkuglen fortrænger, og bowlingkuglen vil altså udsættes for en opdrift svarende til 5,45 kg eller 12,00 pund. En bowling, der vejer under 12 pund, vil altså flyde, mens en tungere kugle vil synke.

Bemærk at vi i ovenstående udregning har set bort fra hullerne til fingrene, hvilket jo vil reducere den fortrængte mængde vand en smule.

Bowlingkugler kan ofte skaffes ved at henvende sig til det lokale bowlingcenter, der jævnligt må udskifte kugler, fordi de har fået en lille flig slået af eller lignende. Det er sikkert muligt at få disse eller købe dem billigt.

Spørgsmål og svar:

Hvorfor flyder bowlingkuglen ikke?

Du har måske fået fat i en bowlingkugle, der ikke en standard størrelse. Prøv at måle vægt og diameter efter.

Hvordan finder man bowlingkuglens rumfang?

Man skal bruge, at en bowlingkugle har en diameter på d = 21,83 cm. Formlen for en kugles rumfang er så givet ved (4/3) x pi x (d/2)^3. Det giver rumfanget i kubikcentimeter, og der er 1.000 kubikcentimeter i en liter.

Hvordan finder man bowlingkuglens diameter?

Man skal bruge, at en almindelig bowlingkugle altid har en omkreds på 27 tommer. Da 1 tomme svarer til 2,54 cm, er omkredsen af bowlingkuglen O = 68,58 cm. Formlen for en kugles diameter, d, er så givet ved d = O / pi. Det giver en diameter på d = 21,83 cm.

Udstyr og materialer:

Vand
Bowlingkugler

Referencer:

Arkimedes' Lov.
T.B. Daniel: "Archimede's principle without the king's crown", The Physics Teacher 36, 557 (1998). (http://scitation.aip.org/tpt)
E.D. Noll: "Confirming the buoyant force", The Physics Teacher 40, 8 (2002). (Gennemgang af elevforsøg, der bruger opdrift i væske til at måle genstandes massefylde) (http://scitation.aip.org/tpt)
H. Fakhruddin: "An Archimedes' principle activity", The Physics Teacher 40, 376 (2002). (http://scitation.aip.org/tpt)
E.H. Graf: "Just what did Archimedes Say About Buoyancy?", The Physics Teacher 42, 296 (2004). (Hvordan formulerede Arkimedes selv sin lov?) (http://scitation.aip.org/tpt)
D. Mason, W.F. Griffith, S.E. Hogue, K. Holley, and K. Hunter: "Discrepant Event: The Great Bowling Ball Float-Off", J. Chem. Educ. 81, 1309 (2004).

PIRA DCS: 2B40.00 (Væskemekanik: Væskestatik)

Opdateret: 31.01.2006

Har du kommentarer, rettelser eller tilføjelser til dette forsøg, så send en til FYSIKBASEN.DK.