Kā aprēķināt peldošo spēku: 12 soļi (ar fotoattēlu) - Padomi

Saturs

Soļi
Padoms
Ko tev vajag

Peldošais spēks ir spēks, kas iedarbojas uz šķidrumā iegremdētu priekšmetu pretējā virzienā gravitācijai. Kad objekts tiek ievietots šķidrumā, objekta svars nospiež šķidrumu (šķidrumu vai gāzi), bet peldspēja - objektu uz augšu, pretējā smaguma virzienā. Parasti šo peldspēju var aprēķināt, izmantojot vienādojumus F_b = V_S × D × g, kurā F_b ir peldspēja, V_S ir iegremdētās daļas tilpums, D ir objektu ieskaujošā šķidruma blīvums, un g ir gravitācija. Lai uzzinātu, kā noteikt objekta peldspēju, sāciet ar 1. darbību zemāk.

Soļi

1. metode no 2: izmantojiet peldošā spēka vienādojumu

Atrodiet skaļumu objekta iegremdētā daļa. Peldošais spēks, kas iedarbojas uz ķermeni, ir tieši saistīts ar objekta iegremdēto tilpuma daļu. Citiem vārdiem sakot, jo lielāka ir cieta ķermeņa izlietne, jo spēcīgāk uz to iedarbojas peldspēja. Tas ir, pat ja objekts ir pilnībā iegremdēts šķidrumā, uz to joprojām darbojas peldspēja. Lai sāktu peldspējas, kas iedarbojas uz objektu, aprēķināšanu, vispirms ir jānosaka šķidrumā iemērktā tilpuma tilpums. Peldošā spēka vienādojumā šī vērtība jāraksta m.
- Objektam, kas pilnībā iegremdēts šķidrumā, iegremdētais tilpums būs vienāds ar paša objekta tilpumu. Šķidruma supernatantam mēs ņemam vērā tikai tilpuma daļu zem šķidruma virsmas.
- Piemēram, pieņemsim, ka mēs vēlamies atrast peldspēju, kas iedarbojas uz ūdenī peldošu gumijas lodi. Ja bumba ir perfekta sfēra, kuras diametrs ir 1 m, un tā peld ar precīzi vienu pusi, kas ir iegremdēts, mēs varam atrast iegremdētās daļas tilpumu, aprēķinot visas bumbas tilpumu un sadalot to uz pusēm. Tā kā sfēras tilpums ir (4/3) π (rādiuss), mums lodītes tilpums ir (4/3) π (0,5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = Nogrima 0,262 m.
Atrodiet šķidruma blīvumu. Nākamais peldošā spēka atrašanas solis ir noteikt apkārtējā šķidruma blīvumu (kg / m). Blīvums ir lielums, ko mēra pēc vielas vai vielas masas un attiecīgā tilpuma attiecības. Diviem vienāda tilpuma objektiem objekts ar lielāku blīvumu būs smagāks. Vispārējais noteikums ir tāds, ka jo lielāks ir šķidruma blīvums, jo lielāka peldspēja būs ķermenim, kas tajā iegrimst. Izmantojot šķidrumus, parasti vienkāršākais veids, kā noteikt blīvumu, ir atsauces.
- Iepriekš minētajā piemērā bumba peld ūdenī. Atsauces pētījumu literatūra mums saka, ka ūdenim ir īpašs blīvums 1000 kg / m.
- Daudzu parasto šķidrumu blīvums ir norādīts tehniskajā literatūrā. Šo sarakstu varat atrast šeit.
Atrodiet gravitāciju (vai citu spēku lejup). Neatkarīgi no tā, vai objekts nogrimst vai peld šķidrumā, tas vienmēr tiek pakļauts gravitācijai. Faktiski šī lejupejošā spēka konstante ir aptuveni 9,81 ņūtons / kilograms. Tomēr gadījumos, kad uz šķidrumu un tajā grimstošo ķermeni iedarbojas cits spēks, piemēram, radiālais spēks, mums jāņem vērā arī šis spēks, aprēķinot kopējo "lejupvērsto" spēku visai sistēmai.
- Iepriekš minētajā piemērā, ja mums ir normāla statiskā sistēma, var pieņemt, ka vienīgais lejupejošais spēks, kas iedarbojas uz šķidrumu un ķermeni, ir standarta gravitācija - 9,81 ņūtons / kilograms.
Reiziniet tilpumu ar blīvumu un smagumu. Kad jums ir objekta tilpuma (m), šķidruma blīvuma (kg / m) un gravitācijas (vai Ņūtona / Kilograma sistēmas lejupvērstā spēka) vērtības, peldošā spēka atrašana kļūst vienkārša. . Vienkārši trīskāršojiet tos, lai atrastu peldošo spēku Ņūtonos.
- Atrisiniet problēmas piemēru, pievienojot vērtības vienādojumam F_b = V_S × D × g. F_b = 0,262 m × 1 000 kg / m × 9,81 N / kg = 2570 ņūtoni. Pārējās vienības iznīcinātu viena otru, atstājot tikai Ņūtona vienību.
Nosakiet, vai objekts peld vai nē, salīdzinot ar gravitāciju. Izmantojot peldspējas vienādojumu, jūs viegli atradīsit spēku, kas izstumj objektu no šķidruma. Tomēr, veicot vienu papildu soli, jūs varat arī noteikt, vai materiāls peld vai grimst šķidrumā. Atrodiet peldošo spēku, kas iedarbojas uz visu ķermeni (tas ir, izmantojiet visu ķermeņa V tilpumu_S), tad atrodiet gravitāciju, kas piesaista objektu ar vienādojumu G = (objekta masa) (9,81 m / s). Ja peldošais spēks ir lielāks par gravitāciju, objekts peldēs. No otras puses, ja gravitācija ir lielāka, objekts nogrims. Ja šie divi spēki ir vienādi, mēs to sakām apturēts.
- Piekārts priekšmets, atrodoties ūdenī, nepeldēs virs ūdens un nenogrims apakšā. Tas tiks suspendēts šķidrumā starp virsmu un dibenu.
- Piemēram, pieņemsim, ka mēs vēlamies uzzināt, vai 20 kg smaga cilindriska koka redeļu kastīte ar 0,75 metru diametru un 1,25 metru augstumu var peldēt ūdenī. Šīs problēmas veikšanai ir jāveic vairākas darbības:
  - Pirmais ir atrast tilpumu, izmantojot formulu cilindra tilpumam V = π (rādiuss) (augstums). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.
  - Pēc tam, pieņemot, ka mēs zinām standarta smagumu un ūdens blīvumu, mēs atrisinām peldošo spēku, kas iedarbojas uz mucu. 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 5395,5 Ņūtons.
  - Tagad mums jāatrod smagums, kas iedarbojas uz koka redeļu kastīti. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196,2 Ņūtons. Šis rezultāts ir daudz mazāks par peldspēju, tāpēc muca peldēs.
Izmantojiet to pašu aprēķinu, ja šķidrums ir gāze. Risinot peldspējas problēmas, neaizmirstiet, ka šķidrumam nav jābūt šķidrumam. Gāzes ir pazīstamas arī kā šķidrumi, lai gan to blīvums ir ļoti mazs, salīdzinot ar citiem matērijas veidiem, un gāze joprojām var atvairīt dažus tajā esošos peldošos objektus. Hēlija burbulis to pierāda. Tā kā hēlijs burbulī ir vieglāks nekā šķidrums ap to (gaiss), burbulis aizlidos! reklāma

2. metode no 2: veiciet vienkāršu eksperimentu ar peldošu spēku

Ievietojiet nelielu trauku lielākā. Izmantojot tikai dažus objektus mājā, jūs praktiski viegli redzēsit peldspējas ietekmi. Šajā eksperimentā mēs parādām, ka, objektu iegremdējot, tas cietīs peldspēju, jo tas aizņem šķidruma daudzumu, kas ir vienāds ar iegremdētā objekta tilpumu. Eksperimentu veikšanas laikā mēs arī parādām, kā praksē atrast objekta peldošo spēku. Vispirms ievietojiet nelielu trauku bez vāciņa, piemēram, bļodu vai krūzīti, lielākā traukā, piemēram, lielā traukā vai ūdens spainī.
Piepildiet nelielu trauku no malas līdz malai ar ūdeni. Jums jālej ūdens tuvu malai, to neizlejot. Esiet uzmanīgs šajā solī! Ja ļaujat ūdenim pārplūst, lielais trauks ir pilnībā jāiztukšo un jāsāk no jauna.
- Šajā eksperimentā mēs pieņemam, ka ūdens blīvums ir 1000 kg / m. Ja vien neizmantojat sālījumu vai pilnīgi citu šķidrumu, lielākajai daļai ūdeņu blīvums ir tuvu šai atsauces vērtībai, tāpēc rezultāti netiks ietekmēti.
- Ja jums ir pilinātājs, varat to izmantot, lai pilētu ūdeni iekšējā traukā, lai ūdens līmenis būtu līdz malai.
Iegremdējiet nelielu priekšmetu. Pēc tam meklējiet objektu, kas var ērti ievietoties mazā traukā bez ūdens bojājumiem. Atrodiet šī objekta svaru kilogramos (rādījumam jāizmanto skala gramos un pēc tam jāpārrēķina kilogramos). Pēc tam lēnām nospiediet objektu ūdenī, nesamirkstot pirkstu, līdz tas sāk peldēt vai jūs tik tikko varat to noturēt, un pēc tam atlaidiet objektu. Jums vajadzētu redzēt, ka virs iekšējā trauka malas ūdens izlīst ārējā traukā.
- Pieņemsim, ka šajā piemērā mēs nospiežam 0,05 kg smagu rotaļu automašīnu tā iekšējā traukā. Lai aprēķinātu peldspēju, mums nav jāzina automašīnas tilpums, kā to uzzināsim nākamajā solī.
Savāc un izmēra ūdens pārplūdi. Nospiežot objektu ūdenī, tas aizņem nedaudz ūdens - pretējā gadījumā jums nav vietas, lai to iegremdētu ūdenī. Kad tas izstumj ūdeni no ceļa, ūdens atgrūž un rada peldspēju. Savāc noplūdušo ūdeni no iekšējā trauka un ielej to mazajā mērglāzē. Ūdens tilpumam kausā jābūt vienādam ar iegremdētā objekta tilpumu.
- Citiem vārdiem sakot, ja objekts peld, pārplūstošā ūdens tilpums būs vienāds ar objekta tilpumu, kas iegremdēts zem ūdens virsmas. Ja objekts nogrimst, ūdens pārplūdes tilpums būs vienāds ar visa objekta tilpumu.
Aprēķiniet izlietā ūdens daudzumu. Tā kā jūs zināt ūdens blīvumu un varat izmērīt ūdens daudzumu, kas pārplūst mērkrūzītē, jūs aprēķināsiet ūdens tilpumu. Konvertējiet tilpumu uz m (tiešsaistes vienības pārveidotājs, piemēram, šis, šeit var palīdzēt) un reiziniet to ar ūdens blīvumu (1 000 kg / m).
- Iepriekš minētajā piemērā pieņemsim, ka rotaļu automašīna ir iegremdēta tās iekšējā traukā un aizņem apmēram 2 ēdamkarotes (0,00003 m) ūdens. Lai atrastu ūdens masu, reiziniet to ar blīvumu: 1 000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 kg.
Salīdziniet pārvietotā ūdens tilpumu un objekta masu. Tagad, kad jūs zināt gan iegremdētā, gan pārvietotā ūdens masas, salīdziniet šīs divas vērtības. Ja objekta masa ir lielāka par pārvietotā ūdens tilpumu, objekts nogrims. No otras puses, ja pārvietotā ūdens tilpums ir lielāks, objekts peldēs. Tas ir peldspējas princips praksē - peldošam ķermenim tai jāizstumj ūdens masa, kas ir lielāka par paša ķermeņa masu.
- Tādējādi vieglie, bet liela apjoma objekti ir labākie peldošie objekti. Šis īpašums norāda, ka dobie priekšmeti var peldēt ļoti labi. Apskatīsim kanoe - tas labi peld, jo iekšpusē ir dobs, tāpēc tas var aizņemt daudz ūdens, bet masa nav pārāk smaga. Ja kanoe būtu bieza iekšpusē, tā nevarētu labi peldēt.
- Iepriekš minētajā piemērā transportlīdzeklis, kura masa ir 0,05 kg, ir lielāks par ūdens tilpumu, kuru pārvieto par 0,03 kg. Tas atbilst tam, ko mēs novērojam: automašīna ir nogrimusi.
reklāma