Як розрахувати плаваючу силу: 12 кроків (з фото) - Чайові

Способи розрахунку плаваючої сили - Чайові

Зміст

Кроки
Порада
Що тобі потрібно

Плаваюча сила - це сила, що діє на предмет, занурений у рідину в напрямку, протилежному гравітації. Коли об’єкт поміщений у рідину, вага об’єкта штовхає рідину (рідину чи газ), тоді як плавучість штовхає об’єкт вгору, у зворотному напрямку сили тяжіння. Загалом, цю плавучість можна розрахувати за допомогою рівнянь F_b = V_S × D × g, в якому F_b - плавучість, V_S - об’єм зануреної частини, D - щільність рідини, що оточує об’єкт, і g - сила тяжіння. Щоб дізнатись, як визначити плавучість об’єкта, почніть із кроку 1 нижче.

Кроки

Метод 1 із 2: Використовуйте рівняння з плаваючою силою

Знайдіть гучність занурена частина об'єкта. Плавучість, що діє на об'єкт, безпосередньо корелює із зануреною об'ємною частиною об'єкта. Іншими словами, чим більша раковина твердого тіла, тим сильніше на нього діє плавучість. Тобто, навіть якщо об’єкт повністю занурений у рідину, на нього все одно діє плавучість. Для початку розрахунку сили плавучості, що діє на об'єкт, першим кроком, як правило, є визначення об'єму об'єму, який просочується рідиною. У рівнянні для плаваючої сили це значення потрібно записати в m.
- Для об’єкта, повністю зануреного в рідину, занурений об’єм буде дорівнювати об’єму самого об’єкта. Для надосадової рідини ми розглядаємо лише об'ємну частку під поверхнею рідини.
- Наприклад, скажімо, ми хочемо знайти плавучість, яка діє на гумову кульку, що плаває у воді. Якщо куля є ідеальною кулею діаметром 1 м, і вона плаває рівно на половину зануреної в воду, ми можемо знайти об’єм зануреної частини, обчисливши об’єм всієї кульки і розділивши її навпіл. Оскільки об’єм кулі дорівнює (4/3) π (радіус), ми маємо об’єм кулі (4/3) π (0,5) = 0,524 м. 0,524 / 2 = Затонуло 0,262 м.
Знайдіть щільність рідини. Наступним кроком у пошуку плаваючої сили є визначення щільності (в кг / м) навколишньої рідини. Густина - це величина, що вимірюється відношенням маси речовини або речовини до її відповідного об’єму. Для двох об’єктів однакового об’єму об’єкт із більшою щільністю буде важчим. Загальне правило полягає в тому, що чим вища щільність рідини, тим більшу плавучість надаватиме тіло, яке в ній потоне. Для рідин зазвичай найпростіший спосіб визначити щільність - за допомогою посилань.
- У наведеному вище прикладі куля плаває у воді. Довідкова літературна література говорить нам, що вода має специфічну щільність 1000 кг / м.
- Щільність багатьох звичайних рідин наведена в технічній літературі. Цей список ви можете знайти тут.
Знайдіть гравітацію (або іншу силу вниз). Незалежно від того, занурюється чи плаває об’єкт у рідині, він завжди знаходиться під силою тяжіння. Насправді ця постійна сили зниження становить приблизно 9,81 ньютонів / кілограм. Однак у випадках, коли на рідину і тіло, яке в ній потопає, діє інша сила, така як радіальна сила, ми також повинні враховувати цю силу при розрахунку сумарної сили "зниження" для всієї системи.
- У наведеному вище прикладі, якщо ми маємо нормальну статичну систему, то можна припустити, що єдиною низхідною силою, що діє на рідину і тіло, є стандартна сила тяжіння - 9,81 ньютонів / кілограм.
Помножте об'єм на щільність і гравітацію. Коли у вас є значення об’єму об’єкта (у м), щільності рідини (у кг / м) та сили тяжіння (або притискної сили Ньютона / Кілограма), знайти плавучу силу стає легко . Просто потройте їх, щоб знайти плавучу силу в ньютонах.
- Розв’яжіть приклад задачі, підключивши значення до рівняння F_b = V_S × D × g. F_b = 0,262 м × 1000 кг / м × 9,81 Н / кг = 2570 ньютонів. Інші підрозділи знищували б один одного, залишаючи лише одиницю Ньютона.
Визначте, чи об’єкт плаває чи ні, порівнюючи з гравітацією. Використовуючи рівняння для плавучості, ви легко знайдете силу, яка штовхає предмет з рідини. Однак ви також можете визначити, чи плаває матеріал чи тоне в рідині, якщо зробити один додатковий крок. Знайдіть плаваючу силу, що діє на все тіло (тобто використовуйте весь об’єм тіла V_S), потім знайдіть силу тяжіння, яка приваблює об’єкт за рівнянням G = (маса об’єкта) (9,81 м / с). Якщо плаваюча сила більша за силу тяжіння, об’єкт буде плавати. З іншого боку, якщо сила тяжіння більша, то об’єкт потоне. Якщо ці дві сили рівні, тоді ми говоримо річ призупинено.
- Підвішений предмет не буде плавати над водою або опускатися на дно, перебуваючи у воді. Він буде суспендований у рідині між поверхнею та дном.
- Наприклад, скажімо, ми хочемо знати, чи може плавати у воді 20-кг циліндрична дерев'яна обрешітка діаметром 0,75 м і висотою 1,25 м. Ми повинні виконати кілька кроків для вирішення цієї проблеми:
  - Перший - знайти об’єм за формулою обсягу циліндра V = π (радіус) (висота). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 м.
  - Далі, припускаючи, що ми знаємо середню вагу та щільність води, ми вирішуємо для плаваючої сили, що діє на стовбур. 0,55 м × 1000 кг / м × 9,81 Н / кг = 5395,5 Ньютона.
  - Тепер нам потрібно знайти силу тяжіння, що діє на дерев’яну обрешітку. G = (20 кг) (9,81 м / с) = 196,2 Ньютон. Цей результат набагато менше сили плавучості, тому стовбур буде плавати.
Використовуйте той самий розрахунок, коли рідина є газом. Вирішуючи проблеми з плавучістю, не забувайте, що рідина не повинна бути рідкою. Гази також відомі як рідини, хоча вони мають дуже малу щільність порівняно з іншими типами речовин, і газ все одно може відштовхувати деякі плаваючі об’єкти в ньому. Доказ тому - міхур гелію. Оскільки гелій у міхурі легший за рідину навколо нього (повітря), міхур відлетить! реклама

Метод 2 з 2: Виконайте простий експеримент з плаваючою силою

Помістіть невелику миску в більшу. Маючи лише кілька предметів у будинку, ви на практиці легко побачите наслідки плавучості. У цьому експерименті ми показуємо, що коли об’єкт занурений у воду, він зазнає ефекту плавучості, оскільки він замінює кількість рідини, що дорівнює об’єму зануреного об’єкта. У процесі експериментів ми також показуємо, як знайти плаваючу силу об’єкта на практиці. Спочатку ви поміщаєте невелику ємність без кришок, наприклад, миску або чашку, у більшу ємність, таку як велика миска або відро води.
Наповніть невелику ємність від краю до краю водою. Ви повинні заливати воду близько до краю, не розливаючи її. Будьте обережні на цьому кроці! Якщо ви даєте воді перелитися, ви повинні спорожнити великий контейнер і почати спочатку.
- Для цього експерименту ми припускаємо, що вода має щільність 1000 кг / м. Якщо ви не використовуєте розсіл або зовсім іншу рідину, більшість вод мають щільність, близьку до цієї контрольної величини, тому результати не вплинуть.
- Якщо у вас є крапельниця, ви можете використовувати її, щоб капати воду у внутрішній контейнер, щоб рівень води був до краю.
Занурте невеликий предмет. Далі шукайте предмет, який може зручно поміститися в невеликій ємності без пошкодження водою. Знайдіть вагу цього об'єкта в кілограмах (слід використовувати шкалу для зчитування в грамах, а потім перетворити її в кілограми). Потім повільно натискайте предмет у воду, не змочуючи палець, поки він не почне плавати або ви ледве утримаєте його, а потім відпустіть предмет. Ви повинні побачити, як вода переливається через край внутрішнього контейнера у зовнішній контейнер.
- Для цього прикладу, скажімо, ми натискаємо іграшковий автомобіль вагою 0,05 кг у внутрішній контейнер. Нам не потрібно знати об’єм машини, щоб розрахувати плавучість, як ми знатимемо на наступному кроці.
Зберіть і виміряйте перелив води. Коли ви натискаєте на якийсь предмет у воді, він заступає місце деякій воді - інакше вам не залишається місця, щоб занурити його у воду. Коли він виштовхує воду з проходу, він відштовхується і створює плавучість. Зберіть пролиту воду з внутрішньої ємності та налийте її в невелику мірну чашку. Об’єм води в мензурці повинен дорівнювати об’єму зануреного об’єкта.
- Іншими словами, якщо об’єкт плаває, об’єм води, що переливається, буде дорівнює об’єму об’єкта, зануреного під поверхню води. Якщо об’єкт тоне, об’єм переливу води буде дорівнює об’єму всього об’єкта.
Обчисліть кількість пролитої води. Оскільки ви знаєте густину води і можете виміряти об’єм води, що переливається в мірну чашку, ви обчислите об’єм води. Перетворіть об'єм у м (тут може допомогти такий онлайн-перетворювач одиниць) і помножте на щільність води (1000 кг / м).
- У наведеному вище прикладі припустимо, що іграшковий автомобіль занурений у внутрішній контейнер і займає близько 2 столових ложок (0,00003 м) води. Щоб знайти масу води, помножте це на щільність: 1000 кг / м × 0,00003 м = 0,03 кг.
Порівняйте об’єм витісненої води та масу об’єкта. Тепер, коли ви знаєте маси як зануреної, так і витісненої води, порівняйте ці два значення. Якщо маса об’єкта перевищує об’єм витісненої води, об’єкт потоне. З іншого боку, якщо об'єм витісненого об'єму води більший, то об'єкт буде плавати. Це принцип плавучості на практиці - для плаваючого тіла воно повинно витіснити масу води, більшу за масу самого тіла.
- Отже, легкі, але великі за обсягом об’єкти є найкращими плавучими об’єктами. Ця властивість вказує на те, що порожнисті предмети можуть дуже добре плавати. Давайте подивимось на каное - воно добре плаває, бо всередині воно порожнє, тому воно може забирати багато води, але маса не надто важка. Якби каное всередині було товстим, воно не могло б плавати.
- У наведеному вище прикладі транспортний засіб масою 0,05 кг перевищує об’єм води, витісненого на 0,03 кг. Це відповідає тому, що ми спостерігаємо: машина затонула.
реклама