Monet luonnontieteiden opettajat suorittavat demonstraation, jossa he upottavat sinetöityjä koksin ja ruokavaliokoksin tölkkejä vesisäiliöön. Koksitölkki puristuu heti, kun taas ruokavaliokoksin tölkki kelluu. Jotkut ohjaajat ovat mukauttaneet tämän demonstraation kokeiluna opettaakseen opiskelijoille tiheyden ja kelluvuuden periaatteita. Kokeilujen avulla opiskelijat voivat suorittaa mittauksia, jotta he voivat laatia tieteellisen selityksen havaitulle käyttäytymiselle.
Tiheys
Tiheys edustaa aineen massan ja sen käyttämän tilan määrän, ts. Sen tilavuuden, suhdetta. Tutkijat ilmaisevat yleensä tiheyden metrisissä yksiköissä grammoina millilitraa kohti tai g / ml. Puhtaalla vedellä on tiheys 1, 00 g / ml. Suurimman osan muiden nesteiden tiheydet ovat välillä 0, 8 - 1, 3 g / ml.
Koksin koostumus
Coca Cola koostuu pääosin vedestä. Mutta se sisältää myös 39 g sokeria, pääasiassa korkea fruktoosimaissisiirappina tai HFCS. Coca-Colan ja useimpien muiden virvoitusjuomien valmistajien käyttämän HFCS: n suhteellinen makeus on 160 verrattuna sakkaroosin tai pöytäsokerin osoittamaan 100: n perustasoon. Tämä suhteellinen asteikko heijastaa havaittua makeutta, mikä tarkoittaa, että HFCS maistuu kirjaimellisesti 1, 6 kertaa makeammalta kuin yhtä suuri määrä sakkaroosia. Seurauksena on, että HFCS: llä makeutettu juoma vaatii vähemmän makeutusainetta halutun makeustason saavuttamiseksi kuin sakkaroosilla makeutettu juoma.
Ruokavaliokoksin koostumus
Ruokavaliokoksi sisältää keinotekoista makeutusainetta: aspartaamia. Aspartaamin koettu makeus on 180-kertainen sokerin makeuteen. Tai suorampaa vertailua varten aspartaamilla on makeus 113 kertaa suurempi kuin korkea fruktoosimaissisiirappi. Seurauksena on, että ruokavaliokoksi tarvitsee vain 0, 35 grammaa aspartaamia saavuttaaksesi saman makeustason kuin 39 g HFCS: tä koksissa.
Kelluvuus
Objektin uppoutuminen tai kelluvuus riippuu sen kelluvuudesta. Veteen asetettu esine kohdistaa veteen alaspäin suuntautuvaa voimaa. Vesi kuitenkin työntyy takaisin. Archimedesin periaate väittää, että veden tai muun nesteen esineelle kohdistama kelluva voima on yhtä suuri kuin esineen syrjäyttämän veden paino. Jos siirretyn veden paino ylittää esineen painon, esine kelluu. Muuten se uppoaa. Tämä selittää osittain miksi metallilaivat kelluvat. Se selittää myös, miksi ruokavaliokoksin tölkki uppoaa. Koska kahdella tölkillä on identtiset muodot ja koot, ne syrjäyttävät yhtä suuret määrät vettä upotettaessa. Mutta se, että koksitölkki voi uppoaa, tarkoittaa, että sen on punnittava enemmän kuin se määrä vettä, jonka se syrjäyttää, kun taas ruokavaliokoksin tölkki painaa vähemmän.
Matemaattinen selitys
Sekä ruokavaliokoksi että koksitölkit sisältävät 12 nestemäistä unssia tai 355 millilitraa nestettä. Molemmat juomat koostuvat pääasiassa vedestä. Ensisijainen ero on makeutusaineessa. Koksi sisältää noin 325 ml vettä, tiheys 1, 0 g / ml, ja 39 g sokeria. Tölkin sisältö voi siis painaa 325 g + 39 g = 364 g. Ruokavaliokoksin tölkki sisältää kuitenkin vain 0, 3 g aspartaamia. Siksi se koostuu melkein kokonaan vedestä ja tölkin sisältö painaa siis noin 355 g. Tämä painoero tekee ruokavaliokoksin tölkistä riittävän kelluvan kelluakseen. Tiheyden suhteen ruokavaliokoksin tiheys on suunnilleen 1, 00 g / ml, sama kuin vedessä. Koksin tiheys on kuitenkin 1, 03 g / ml.
