Vsebina

• Koraki
• Nasvet
• Kaj rabiš

Plavajoča sila je sila, ki deluje na predmet, potopljen v tekočino, v nasprotni smeri od gravitacije. Ko je predmet v tekočini, teža predmeta potisne tekočino (tekočino ali plin) navzdol, vzgon pa potisne predmet navzgor, v nasprotni smeri gravitacije. Na splošno lahko to vzgon izračunamo z enačbami F_b = V_S × D × g, v katerem F_b je vzgon, V_S je prostornina potopljenega dela, D gostota tekočine, ki obdaja predmet, in g gravitacija. Če želite izvedeti, kako določiti vzgon predmeta, začnite s 1. korakom spodaj.

Koraki

Metoda 1 od 2: Uporabite enačbo plavajoče sile

1. 

   Poiščite glasnost potopljeni del predmeta. Plavajoča sila, ki deluje na telo, je neposredno povezana s potopljenim volumskim delom predmeta. Z drugimi besedami, večji kot je umivalnik trdnega telesa, močnejši vzgon nanj deluje. To pomeni, da tudi če je predmet popolnoma potopljen v tekočino, nanj še vedno deluje vzgon. Za začetek izračuna sile vzgona, ki deluje na predmet, je običajno prvi korak določiti volumen prostornine, ki je namočen v tekočino. V enačbi za plavajočo silo mora biti ta vrednost zapisana v m.
   • Za predmet, ki je popolnoma potopljen v tekočino, bo prostornina, ki je potopljena, enaka prostornini samega predmeta. Za supernatant tekočine upoštevamo le volumenski delež pod površino tekočine.
   • Recimo na primer, da želimo najti vzgon, ki deluje na gumijasto kroglo, ki plava v vodi. Če je krogla popolne krogle s premerom 1 m in plava z natančno polovico potopljenega, lahko prostornino potopljenega dela najdemo tako, da izračunamo prostornino celotne krogle in jo delimo na polovico. Ker je prostornina krogle (4/3) π (polmer), imamo prostornino krogle (4/3) π (0,5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = Potopljeno je bilo 0,262 m.

2. 

   
   
   Poiščite gostoto tekočine. Naslednji korak pri iskanju plavajoče sile je določitev gostote (v kg / m) okoliške tekočine. Gostota je količina, izmerjena z razmerjem mase snovi ali snovi do ustrezne prostornine. Za dva predmeta enake prostornine bo objekt z večjo gostoto težji. Splošno pravilo je, da večja kot je gostota tekočine, večji vzgon bo imel na telo, ki v njem ponikne. Pri tekočinah je gostoto običajno najlažje določiti s pomočjo referenc.
   • V zgornjem primeru krogla plava v vodi. Referenčna študijska literatura nam pove, da ima voda specifično gostoto 1.000 kg / m.
   • Gostota številnih običajnih tekočin je navedena v tehnični literaturi. Ta seznam najdete tukaj.

3. 

   
   
   Poiščite gravitacijo (ali drugo silo v smeri navzdol). Ne glede na to, ali se objekt pogrezne ali plava v tekočini, je vedno pod gravitacijsko silo. Dejansko je ta konstanta sila navzdol približno 9,81 newtona / kilogram. V primerih, ko na tekočino in telo, ki v njej tone, deluje druga sila, na primer radialna sila, moramo to silo upoštevati tudi pri izračunu celotne sile "navzdol" za celoten sistem.
   • V zgornjem primeru lahko, če imamo normalen statični sistem, domnevamo, da je edina sila navzdol, ki deluje na tekočino in telo, standardna teža - 9,81 newtona / kilogram.

4. 

   
   
   Pomnožite prostornino z gostoto in težo. Ko imate vrednosti za prostornino predmeta (v m), gostoto tekočine (v kg / m) in težo (ali silo navzdol sistema Newton / Kilogram), je iskanje plavajoče sile enostavno. . Preprosto jih potrojite, da najdete plavajočo silo v Newtonih.
   • Primer primera rešite tako, da vrednosti vključite v enačbo F_b = V_S × D × g. F_b = 0,262 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 2.570 Newtonov. Ostale enote bi se medsebojno uničile in ostale samo Newtonove enote.

5. 

   S primerjavo z gravitacijo ugotovite, ali objekt plava ali ne. Z enačbo vzgona boste zlahka našli silo, ki potisne predmet iz tekočine. Lahko pa tudi ugotovite, ali material plava ali ponikne v tekočini, če naredite en dodaten korak. Poiščite plavajočo silo, ki deluje na celo telo (torej uporabite celoten volumen telesa V_S), nato po enačbi G = (masa predmeta) (9,81 m / s) poiščemo gravitacijo, ki privlači predmet. Če je plavajoča sila večja od gravitacije, bo predmet plaval. Po drugi strani pa, če je gravitacija večja, bo objekt potonil. Če sta ti dve sili enaki, potem rečemo stvar začasno ustavljeno.
   • Viseči predmet v vodi ne bo plaval nad vodo ali se pogreznil na dno. V tekočini bo suspendiran med površino in dnom.
   • Recimo na primer, da želimo vedeti, ali lahko v vodi plava 20-kilogramski leseni zaboj s premerom 0,75 metra in višino 1,25 metra. Za to težavo moramo izvesti več korakov:
     • Prvo je najti prostornino z uporabo formule za prostornino valja V = π (polmer) (višina). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.
     • Nato ob predpostavki, da poznamo standardno težo in gostoto vode, rešujemo plavajočo silo, ki deluje na sod. 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 5.395,5 Newton.
     • Zdaj moramo najti gravitacijo, ki deluje na leseni zaboj. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196,2 Newton. Ta rezultat je veliko manjši od sile vzgona, zato bo sod plaval.

6. 

   Uporabite enak izračun, če je tekočina plin. Pri reševanju težav z vzgonom ne pozabite, da tekočina ni nujno tekočina. Plini so znani tudi kot tekočine, čeprav imajo v primerjavi z drugimi vrstami snovi zelo majhno gostoto in plin lahko še vedno odganja nekatere plavajoče predmete v njem. Dokaz za to je helijev mehurček. Ker je helij v mehurčku lažji od tekočine okoli njega (zrak), bo mehurček odletel! oglas

Metoda 2 od 2: Izvedite preprost poskus s plavajočo silo

1. 

   Manjšo posodo postavite v večjo. Že z nekaj predmeti v hiši boste v praksi zlahka videli učinke vzgona. V tem poskusu pokažemo, da ko je predmet potopljen, bo utrpel učinek vzgona, ker bo nadomestil količino tekočine, ki je enaka prostornini potopljenega predmeta. V postopku eksperimentiranja pokažemo tudi, kako najti plavajočo silo predmeta v praksi. Najprej postavite majhno posodo brez pokrova, na primer skledo ali skodelico, v večjo posodo, na primer veliko skledo ali vedro vode.

2. 

   Majhno posodo od roba do roba napolnite z vodo. Vodo morate naliti zelo blizu roba, ne da bi jo razlili. Pri tem koraku bodite previdni! Če pustite, da voda prelije, morate popolnoma izprazniti veliko posodo in začeti znova.
   • Za ta poskus predpostavljamo, da ima voda gostoto 1000 kg / m. Če ne uporabljate slanice ali popolnoma druge tekočine, ima večina voda gostoto, ki je blizu tej referenčni vrednosti, zato rezultati ne bodo vplivali.
   • Če imate kapalko, lahko z njo kapnete vodo v notranjo posodo, tako da je nivo vode do roba.

3. 

   Potopite majhen predmet. Nato poiščite predmet, ki se lahko prilega majhni posodi brez poškodb zaradi vode. Poiščite težo tega predmeta v kilogramih (za odčitavanje v gramih uporabite tehtnico in jo nato pretvorite v kilograme). Nato predmet počasi pritiskajte v vodo, ne da bi se prst zmočil, dokler ne začne plavati ali ga komaj držite, in nato spustite predmet. Videli bi, da se nekaj vode prelije čez rob notranje posode v zunanjo posodo.
   • Za ta primer recimo, da v notranjo posodo stisnemo 0,05-kilogramski avtomobil. Za izračun vzgona nam ni treba poznati prostornine avtomobila, kot bomo vedeli v naslednjem koraku.

4. 

   Zberite in izmerite preliv vode. Ko predmet pritisnete v vodo, ta zavzame mesto nekaj vode - sicer ni prostora, da ga potopite v vodo. Ko potisne vodo s poti, se voda odbije in ustvari vzgon. Razlito vodo zberite iz notranje posode in jo nalijte v majhno merilno skodelico. Količina vode v skodelici mora biti enaka prostornini potopljenega predmeta.
   • Z drugimi besedami, če objekt plava, bo količina prelivne vode enaka prostornini predmeta, potopljenega pod vodno gladino. Če objekt potone, bo prostornina prelivanja vode enaka prostornini celotnega predmeta.

5. 

   Izračunajte količino razlite vode. Ker poznate gostoto vode in lahko izmerite količino vode, ki se preliva v merilni skodelici, boste izračunali količino vode. Pretvorite prostornino v m (tu lahko pomaga spletni pretvornik enot, kot je ta) in jo pomnožite z gostoto vode (1.000 kg / m).
   • V zgornjem primeru predpostavimo, da je igračka potopljena v notranjo posodo in zasede približno 2 žlici (0,00003 m) vode. Če želite poiskati maso vode, jo pomnožite z gostoto: 1.000 kg / m × 0.00003 m = 0,03 kg.

6. 

   Primerjajte prostornino izpodrinjene vode in maso predmeta. Zdaj, ko poznate maso potopljene in izpodrinjene vode, primerjajte ti dve vrednosti. Če je masa predmeta večja od količine izpodrinjene vode, bo objekt potonil. Če pa je prostornina izpodrinjene vode večja, bo objekt plaval. To je načelo vzgona v praksi - za plavajoče telo mora izpodriniti maso vode, večjo od mase samega telesa.
   • Predmeti, ki so lahki, a obsežni, so najboljši plavajoči predmeti. Ta lastnost kaže, da votli predmeti lahko zelo dobro plavajo. Poglejmo si kanu - dobro plava, ker je v notranjosti votel, zato lahko zavzame veliko vode, vendar masa ni pretežka. Če bi bil kanu v notranjosti debel, ne bi mogel plavati.
   • V zgornjem primeru je vozilo z maso 0,05 kg večje od količine vode, izpodrinjene za 0,03 kg. To je v skladu s tem, kar opažamo: avto je potonil.
   oglas

Nasvet

• Za natančne vrednosti po vsakem tehtanju uporabite ničelno nastavljivo tehtnico.

Kaj rabiš

• Majhna skodelica ali skleda
• Velika skleda ali sod
• Majhni predmeti, ki jih je mogoče potopiti v vodo (kot gumijasta kroglica)
• Posoda za merjenje