کدام توپ زودتر به سطح آب می‌رسد؟

راهنمایی کوتاه: اندازهٔ توپ به‌تنهایی تعیین نمی‌کند؛ چیزی که مهم است «جنس» توپ و شرایط پرتاب است.

گام‌به‌گام:

• ۱) وقتی توپ‌ها از هوا به سمت آب می‌آیند، همه با جاذبهٔ زمین پایین می‌آیند. اگر از یک ارتفاع رها شوند، تقریباً هم‌زمان به سطح آب می‌رسند؛ اندازهٔ توپ اینجا فرق زیادی نمی‌سازد.
• ۲) لحظهٔ برخورد با آب: توپ سیبک و سبک راحت روی آب می‌ماند، اما توپ سنگین داخل آب می‌رود.
• ۳) اگر توپ‌ها داخل آب بروند و بخواهند بالا بیایند، آب آن‌ها را به بالا هل می‌دهد (نیروی شناوری). این نیرو به حجم توپ بستگی دارد.
• ۴) هرچه جنس توپ سبک‌تر باشد (مثل اسفنج)، زودتر بالا می‌آید و روی آب شنا می‌کند. توپ آهنی یا سنگی پایین می‌ماند.
• ۵) اگر هر سه توپ از یک جنس باشند (مثلاً هر سه پلاستیکی)، هر سه با هم و تقریباً هم‌زمان به سطح آب برمی‌گردند؛ چون نسبت وزن به حجم‌شان یکی است.

پاسخ نهایی: اندازهٔ بزرگ یا کوچک بودن توپ تنها دلیل نیست. اگر هر سه توپ از یک جنس باشند و از یک ارتفاع انداخته شوند، تقریباً هم‌زمان به سطح آب می‌رسند. اما اگر یکی از آن‌ها از جنس سبک‌تری باشد (مثل اسفنج یا چوب)، همان یکی زودتر به سطح آب می‌آید. دلیلش این است که میزان بالا آمدن به چگالی (نسبت جرم به حجم) بستگی دارد:

$\rho =\frac{m}{V}$

هرچه ρ کمتر باشد، توپ سبک‌تر است و زودتر بالا می‌آید.

مثال مشابه: سه شیء را در یک سطل آب بینداز: یک سنگ کوچک، یک توپ چوبی و یک تکه اسفنج. اسفنج فوراً روی آب می‌ماید، چوب کمی فرو می‌رود و بالا می‌آید، و سنگ پایین می‌رود. پس جنس مهم‌تر از اندازه است.

اگر می‌خواهی بیشتر یاد بگیری: با یک ظرف آب، توپ پینگ‌پنگ، توپ پلاستیکی و توپ اسفنجی آزمایش کن و با نگاه کردن و شمردن «یک، دو، سه...» ببین کدام زودتر به سطح می‌رسد. نتیجه را در دفترت بنویس و به دوستت نشان بده.

یادآوری ایمنی: این آزمایش را در آب کم‌عمق و زیر نظر یک بزرگ‌تر انجام بده و کنار آب ندوه تا لیز نخوری.