Наблюдать за такой игрушкой в ванной — настоящее волшебство для ребенка. Перевернутый стаканчик опускается на дно, затем через несколько секунд самостоятельно переворачивается и резко выскакивает на поверхность. Кажется, что у него есть своя воля. На самом деле, здесь нет никакой магии, а только простая и гениальная физика.
Закон Архимеда в действии
Весь фокус построен на всем известном законе Архимеда. Сила, которая выталкивает тело, погруженное в жидкость, равна весу вытесненной им жидкости. Игрушечная ныряющая посуда сделана так, чтобы эта сила менялась прямо во время игры.
Конструкция такой игрушки очень проста. Это, по сути, перевернутый стакан или мисочка с герметичными стенками и одним небольшим отверстием в верхней части (в донышке, если смотреть на него в обычном положении). Внутри находится воздух. Когда ребенок переворачивает стаканчик и погружает его в воду, вода начинает постепенно затекать через отверстие внутрь.
Что происходит под водой
Процесс можно разделить на несколько этапов:
- Игрушку переворачивают и опускают в воду отверстием вверх. Воздух внутри не дает ей сразу заполниться.
- Вода через отверстие медленно вытесняет воздух. Вес игрушки увеличивается, так как вода тяжелее воздуха. Сила тяжести начинает преобладать над выталкивающей силой, и стаканчик опускается на дно.
- Когда он лежит на дне, процесс продолжается. Воздух продолжает выходить пузырьками, а вода занимает его место.
- В определенный момент, когда воды внутри становится достаточно много, центр тяжести всей конструкции смещается. Стаканчик теряет устойчивость и переворачивается на бок или в свое нормальное положение.
- В этот момент отверстие оказывается внизу, а воздух, который еще остался внутри, собирается в верхней части. Этот пузырь воздуха, стремясь вверх, создает мощную выталкивающую силу. Она резко подбрасывает легкую пластмассовую игрушку к поверхности.
Таким образом, ныряющая посуда — это наглядная демонстрация взаимодействия силы тяжести, силы Архимеда и положения центра масс. Ребенок, играя, неосознанно проводит физический эксперимент. Для производства этих игрушек обычно используют легкий и безопасный пластик, который хорошо моется и не тонет сам по себе.