Многие учителя естествознания проводят демонстрацию, в которой они опускают запечатанные банки с колой и диетической колой в резервуар с водой. Банка кока-колы немедленно тонет, а банка диетической кока-колы плавает. Некоторые инструкторы приспособили эту демонстрацию как эксперимент, чтобы научить студентов принципам плотности и плавучести. Эксперименты позволяют студентам проводить измерения, чтобы они могли разработать научное объяснение наблюдаемого поведения.
плотность
Плотность представляет собой соотношение между массой вещества и количеством пространства, которое оно занимает, т. Е. Его объемом. Ученые обычно выражают плотность в метрических единицах граммов на миллилитр или г / мл. Чистая вода имеет плотность 1, 00 г / мл. Большинство других жидкостей имеют плотность от 0, 8 до 1, 3 г / мл.
Состав кока-колы
Кока-кола состоит в основном из воды. Но он также содержит 39 г сахаров, в основном в форме кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы или ГФУ. HFCS, используемый Coca-Cola и большинством других производителей безалкогольных напитков, демонстрирует относительную сладость 160 по сравнению с базовой сладостью 100, которую демонстрирует сахароза или столовый сахар. Эта относительная шкала отражает воспринимаемую сладость, что означает, что HFCS буквально на вкус в 1, 6 раза слаще, чем равное количество сахарозы. В результате напиток, подслащенный HFCS, требует меньшего количества подсластителя для достижения желаемого уровня сладости, чем напиток, подслащенный сахарозой.
Состав диетической колы
Диетическая кока-кола содержит искусственный подсластитель: аспартам. Аспартам обладает 180-кратной сладостью сахара. Или, для более прямого сравнения, аспартам обладает сладостью в 113 раз большей, чем кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы. Как следствие, диетическая кола требует только 0, 35 грамма аспартама для достижения того же уровня сладости, что и 39 г HFCS в коле.
плавучесть
Будет ли объект тонуть или плавать, зависит от его плавучести. Помещенный в воду объект оказывает на воду нисходящую силу. Вода, однако, отталкивает. Принцип Архимеда гласит, что выталкивающая сила, оказываемая водой или любой другой жидкостью на объект, равна весу воды, вытесненной объектом. Если вес вытесненной воды превышает вес объекта, объект плавает. В противном случае он тонет. Отчасти это объясняет, почему плавают металлические корабли. Это также объясняет, почему банка диетической колы тонет. Поскольку две банки имеют одинаковую форму и размеры, при погружении они вытесняют равное количество воды. Но тот факт, что банка кока-колы тонет, означает, что она должна весить больше, чем количество вытесняемой воды, тогда как банка диетической кока-колы весит меньше.
Математическое объяснение
В банках для диетической колы и кокса содержится 12 жидких унций или 355 миллилитров жидкости. Оба напитка состоят в основном из воды. Основное отличие заключается в подсластителе. Кокс содержит около 325 мл воды с плотностью 1, 0 г / мл и 39 г сахара. Поэтому содержимое банки может весить 325 г + 39 г = 364 г. Однако в банке диетической колы содержится всего 0, 3 г аспартама. Поэтому он почти полностью состоит из воды, и поэтому содержимое банки весит около 355 г. Эта разница в весе делает банку диетической колы достаточно плавучей, чтобы плавать. С точки зрения плотности, плотность диетического кокса составляет примерно 1, 00 г / мл, так же, как вода. Кокс, однако, имеет плотность 1, 03 г / мл.
