آزمایشگاه آزاد؛ بدون نیاز به ورود
چرا قایق فولادی شناور می‌مونه؟ اصل ارشمیدس
یک تکه فولاد می‌تونه فرو بره ولی قایق فولادی روی آب بمونه. ببین حجم آب جابه‌جا‌شده چه‌طور نیروی شناوری رو می‌سازه و این نیرو چه نسبتی با وزن داره.
آزمایش رو شروع کنیک حالت رو اجرا کن و سه عدد حجم جابه‌جا‌شده، نیروی شناوری و وزن رو کنار هم بخون. در آزمایش‌ها هر بار فقط عمق یا جرم رو عوض کن؛ شکل قایق فقط یک طرح ساده‌ست.
آزمایشگاه در حال آماده شدنه…
حالا خودت امتحان کن
هر بار فقط یک چیز رو تغییر بده تا اثرش رو ببینی. قبل از اجرا، نتیجه رو حدس بزن.
عمق بیشتر، آب بیشتری جابه‌جا می‌شه؟
جرم فولاد رو روی ۱۰۰۰ کیلوگرم نگه دار. عمق رو اول ۰٫۰۵ متر بذار و اجرا کن؛ بعد فقط عمق رو به ۰٫۱۵ متر برسون و سه خروجی رو مقایسه کن.
حدست چیه؟ وقتی عمق سه برابر می‌شه، حجم جابه‌جا‌شده و نیروی شناوری هم سه برابر می‌شن؟
توضیح نتیجه رو ببین
حجم از ۰٫۵ به ۱٫۵ متر مکعب می‌رسه و نیروی شناوری از ۴٬۹۰۵ به ۱۴٬۷۱۵ نیوتن تغییر می‌کنه؛ هر دو سه برابر می‌شن. وزن در هر دو حالت ۹٬۸۱۰ نیوتنه. این ابزار حرکت قایق رو شبیه‌سازی نمی‌کنه؛ فقط سه مقدار رو برای عمق انتخابی نشون می‌ده.
جرم فولاد رو زیاد کن
عمق رو روی ۰٫۲۹ متر ثابت بذار. جرم فولاد رو یک بار ۲۸۰۰ کیلوگرم و یک بار ۳۰۰۰ کیلوگرم کن و نیروها رو مقایسه کن.
حدست چیه؟ با ثابت‌بودن عمق، زیادشدن جرم نیروی شناوری رو عوض می‌کنه یا فقط وزن رو؟
توضیح نتیجه رو ببین
حجم جابه‌جا‌شده ۲٫۹ متر مکعب و نیروی شناوری ۲۸٬۴۴۹ نیوتن می‌مونه. وزن از ۲۷٬۴۶۸ به ۲۹٬۴۳۰ نیوتن می‌رسه؛ پس در حالت اول نیروی شناوری بیشتره و در حالت دوم وزن بیشتره. خود ویجت بالا یا پایین رفتن قایق رو حساب نمی‌کنه.
دو حالت با نیروهای برابر پیدا کن
یک بار جرم رو ۱۵۰۰ کیلوگرم و عمق رو ۰٫۱۵ متر بذار. بعد جرم رو به ۳۵۰۰ کیلوگرم و عمق رو به ۰٫۳۵ متر تغییر بده و ببین در هر دو حالت نیروها چه نسبتی دارن.
حدست چیه؟ اگر جرم و عمق هر دو به یک نسبت زیاد بشن، ممکنه نیروی شناوری و وزن همچنان برابر بمونن؟
توضیح نتیجه رو ببین
در حالت اول حجم آب جابه‌جا‌شده ۱٫۵ متر مکعبه و هر دو نیرو ۱۴٬۷۱۵ نیوتنن؛ در حالت دوم حجم ۳٫۵ متر مکعب و هر نیرو ۳۴٬۳۳۵ نیوتنه. در این مدل، افزایش جرم و عمق با هم می‌تونه تعادل نیروها رو حفظ کنه.
پشت این حرکت چه خبره؟
اصل ارشمیدس چی می‌گه؟
F_b = rho_water*g*V_displaced
مایع به جسمِ فرورفته نیرویی رو به بالا وارد می‌کنه. اندازهٔ این نیرو برابر وزن مایعی‌ه که جسم جابه‌جا کرده؛ پس حجم جابه‌جا‌شده و چگالی مایع هر دو مهمن.
وزن قایق رو با شناوری مقایسه کن
W = m*g; F_b = W
وزن از جرم فولاد و شتاب گرانش به‌دست می‌آد. اگر نیروی شناوری و وزن برابر باشن، در این مدل نیروهای عمودی همدیگه رو خنثی می‌کنن. این ابزار فقط نیروها رو گزارش می‌ده و جابه‌جایی قایق رو دنبال نمی‌کنه.
عمق غوطه‌وری حجم آب رو تعیین می‌کنه
V_displaced = A*d; A = 10 m^2
بدنه در این مدل سطح مقطع ثابت ۱۰ متر مربع داره. برای همین با بیشتر شدن عمق، حجم جابه‌جا‌شده هم به همان نسبت بیشتر می‌شه؛ اما شبیه‌سازی خودش عمق تعادل رو از روی جرم پیدا نمی‌کنه.
فولاد سنگینه؛ پس قایق چه‌طور می‌مونه؟
قایق توخالی می‌تونه حجم زیادی آب جابه‌جا کنه، در حالی که جرم کلش به اندازه‌ای نباشه که وزن از نیروی شناوری بیشتر بشه. این مدل شکل و فضای خالی بدنه رو نمی‌سازه؛ عمق رو مستقیم می‌گیره و وزن رو از جرم فولاد حساب می‌کنه.
سؤالت رو بپرس، جوابش رو هم ببین
وقتی توی چت دربارهٔ یک مفهوم درس می‌خونی، دستیار هوش مصنوعی می‌تونه شبیه‌سازی مرتبط رو کنار توضیحش نشون بده. پارامترها رو تغییر می‌دی و با کمک توضیح بعدی، نتیجه رو بهتر می‌فهمی.
شروع یادگیری با چتبرای ادامه در چت، وارد مسیر شروع و ورود می‌شی. نتیجهٔ این آزمایش به چت منتقل نمی‌شه.
نمونهٔ نمایشی از آموزش در چت
اگر قایق سنگین‌تر بشه ولی حجم آب جابه‌جا‌شده ثابت بمونه، چه تغییری می‌بینم؟
عمق رو ثابت نگه دار و جرم فولاد رو بیشتر کن. حجم آب جابه‌جا‌شده و نیروی شناوری ثابت می‌مونن، اما وزن بالا می‌ره. دو نیرو رو با هم مقایسه کن؛ اگر برابر بشن، تعادل عمودی داریم. این مدل جابه‌جایی واقعی قایق رو نشون نمی‌ده، ولی می‌تونی ببینی برای تعادل چه حجمی از آب باید جابه‌جا بشه.
سؤال‌های رایج
قایق فولادی چه‌طور روی آب می‌مونه؟
بدنهٔ توخالی قایق آب زیادی رو جابه‌جا می‌کنه و نیروی شناوری می‌سازه. وقتی در حالت شناور نیروی شناوری با وزن قایق برابر بشه، قایق در تعادل می‌مونه. یک تکهٔ فولادِ فشرده معمولاً آب کمتری جابه‌جا می‌کنه و برای همین ممکنه وزنش از شناوری بیشتر بشه.
چرا با بیشتر شدن عمق، نیروی شناوری بیشتر می‌شه؟
در این مدل سطح بدنه ثابته؛ عمق بیشتر یعنی حجم بیشتری از آب جابه‌جا می‌شه. نیروی شناوری هم برابر وزن همان آب جابه‌جا‌شده‌ست، پس با عمق نسبت مستقیم داره.
زیاد شدن جرم قایق نیروی شناوری رو هم زیاد می‌کنه؟
اگر عمق ثابت بمونه، در این مدل نه؛ حجم آب جابه‌جا‌شده و نیروی شناوری ثابت می‌مونن. جرم بیشتر فقط وزن رو زیاد می‌کنه. در یک قایق واقعی، عمق غوطه‌وری می‌تونه تغییر کنه و آب بیشتری جابه‌جا بشه.
چه زمانی قایق در تعادل می‌مونه؟
وقتی نیروی شناوری با وزن برابر باشه، نیروی خالص عمودی صفر می‌شه. نمونهٔ جرم ۱۵۰۰ کیلوگرم و عمق ۰٫۱۵ متر در این مدل هر دو نیرو رو ۱۴٬۷۱۵ نیوتن می‌کنه؛ شبیه‌سازی خودش این عمق رو پیدا نمی‌کنه.
چرا چگالی فولاد در محاسبه دیده نمی‌شه؟
این مدل جرم فولاد رو مستقیم برای حساب وزن می‌گیره و حجم آب جابه‌جا‌شده رو از عمق و سطح ثابت بدنه به‌دست میاره. چگالی فولاد و فضای خالی قایق رو محاسبه نمی‌کنه؛ پس شکل واقعی قایق رو پیش‌بینی نمی‌کنه.
طول پیکان‌ها نشان می‌ده کدام نیرو بزرگ‌تره؟
نه؛ پیکان‌های تصویر با مقدار نیرو بلند و کوتاه نمی‌شن. نیروی شناوری و وزن رو از خروجی‌های عددی بخون و با هم مقایسه کن.