Как да изчислим плаващата сила: 12 стъпки (със снимка) - Съвети

Видео: Измерение силы тока. Практическое применение амперметра. Как это работает? 1.

Съдържание

Стъпки
Съвети
От какво имаш нужда

Плаваща сила е силата, действаща върху обект, потопен в течност в посока, обратна на гравитацията. Когато даден обект се постави в течност, теглото на обекта изтласква течността (течност или газ), докато плаваемостта изтласква обекта нагоре, в обратна посока на гравитацията. Като цяло тази плаваемост може да бъде изчислена с помощта на уравнения F_б = V_С × D × g, в която F_б е плаваемостта, V_С е обемът на потопената част, D е плътността на течността, заобикаляща обекта, и g е гравитацията. За да научите как да определите плаваемостта на даден обект, започнете със стъпка 1 по-долу.

Стъпки

Метод 1 от 2: Използвайте уравнението с плаваща сила

Намерете силата на звука потопената част на обекта. Плаваемостта, действаща върху обекта, е пряко свързана с потопената обемна част на обекта. С други думи, колкото по-голяма е мивката на едно твърдо тяло, толкова по-силна плаваемост действа върху нея. Тоест, дори ако обектът е напълно потопен в течността, върху него все още действа плаваемост. За да започнете да изчислявате силата на плаваемост, действаща върху даден обект, първата стъпка обикновено е да се определи обемът на обема, който е напоен с течността. В уравнението за плаващата сила тази стойност трябва да бъде записана в m.
- За обект, напълно потопен в течността, обемът, който е потопен, ще бъде равен на обема на самия обект. За супернатанта на течността ние разглеждаме само обемната част под повърхността на течността.
- Да кажем например, че искаме да открием плаваемостта, действаща върху гумена топка, плаваща във вода. Ако топката е перфектна сфера с диаметър 1 m и тя плава с точно една половина потопена, можем да намерим обема на потопената част, като изчислим обема на цялата топка и я разделим наполовина. Тъй като обемът на сферата е (4/3) π (радиус), имаме обем на топката да бъде (4/3) π (0,5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = Потънаха 0,262 м.
Намерете плътността на течността. Следващата стъпка за намиране на плаваща сила е да се определи плътността (в kg / m) на околната течност. Плътността е величина, измерена чрез съотношението на масата на дадено вещество или материя към съответния му обем. За два обекта с еднакъв обем обектът с по-висока плътност ще бъде по-тежък. Общото правило е, че колкото по-голяма е плътността на течността, толкова по-голяма плаваемост ще упражнява тялото, което потъва в нея. При флуидите обикновено най-лесният начин за определяне на плътността е чрез референции.
- В горния пример топката се носи във водата. Референтната литература ни казва, че водата има специфична плътност 1 000 kg / m.
- Плътността на много обичайни течности е дадена в техническата литература. Можете да намерите този списък тук.
Намерете гравитацията (или друга сила в посока надолу). Независимо дали обектът потъва или плава в течност, той винаги е под силата на гравитацията. Всъщност тази низходяща константа на сила е около 9,81 нютона / килограм. Въпреки това, в случаите, когато има друга сила, действаща върху течността и тялото, потъващо в нея, като радиалната сила, ние също трябва да вземем предвид тази сила, когато изчисляваме общата сила "надолу" за цялата система.
- В горния пример, ако имаме нормална статична система, тогава може да се приеме, че единствената сила надолу, действаща върху течността и тялото, е стандартната гравитация - 9,81 нютона / килограм.
Умножете обема по плътност и гравитация. Когато имате стойностите за обема на обекта (в m), плътността на течността (в kg / m) и гравитацията (или силата надолу на системата Нютон / килограм), намирането на плаващата сила става лесно. . Просто ги утроете, за да намерите плаващата сила в нютони.
- Решете примерния проблем, като включите стойностите в уравнението F_б = V_С × D × g. F_б = 0,262 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 2 570 нютона. Останалите единици биха се унищожили, оставяйки само единицата Нютон.
Определете дали обектът плава или не, като го сравнявате с гравитацията. Използвайки уравнението за плаваемост, лесно ще намерите силата, която изтласква обекта от течността. Можете обаче да определите дали материалът плава или потъва в течността, ако предприемете една допълнителна стъпка. Намерете плаващата сила, действаща върху цялото тяло (т.е. използвайте целия обем на тялото V_С), след това намерете гравитацията, която привлича обекта чрез уравнението G = (маса на обекта) (9,81 m / s). Ако плаващата сила е по-голяма от гравитацията, обектът ще плава. От друга страна, ако гравитацията е по-голяма, тогава обектът ще потъне. Ако тези две сили са равни, ние казваме нещата спряно.
- Окачен обект няма да плува над водата или да потъне на дъното, докато е във вода. Той ще бъде окачен в течността между повърхността и дъното.
- Например, да кажем, че искаме да знаем дали 20 кг цилиндрична дървена щайга с диаметър 0,75 метра и височина 1,25 метра може да плава във вода. Трябва да извършим няколко стъпки за този проблем:
  - Първият е да се намери обем, като се използва формулата за обем на цилиндъра V = π (радиус) (височина). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 м.
  - След това, ако приемем, че знаем стандартното тегло и плътността на водата, решаваме за плаващата сила, действаща върху цевта. 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 5 395,5 Нютон.
  - Сега трябва да намерим гравитацията, действаща върху дървената щайга. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196.2 Нютон. Този резултат е много по-малък от силата на плаваемост, така че цевта ще плава.
Използвайте същото изчисление, когато течността е газ. Когато решавате проблеми с плаваемост, не забравяйте, че течността не трябва да е течност. Газовете са известни още като течности, въпреки че имат много малка плътност в сравнение с други видове материя и газът все още може да отблъсне някои от плаващите обекти в него. Доказателство за това е хелиевият мехур. Тъй като хелийът в балон е по-лек от течността около него (въздух), балонът ще отлети! реклама

Метод 2 от 2: Проведете прост експеримент с плаваща сила

Поставете малка купа в по-голяма. Само с няколко предмета в къщата лесно ще видите ефектите от плаваемостта на практика. В този експеримент показваме, че когато даден обект е потопен, той ще страда от ефекта на плаваемост, тъй като заема мястото на количеството течност, равно на обема на потопения обект. В процеса на извършване на експерименти ние също показваме как да намерим плаващата сила на обекта на практика. Първо поставяте малък контейнер без капачка, като купа или чаша, в по-голям съд, като голяма купа или кофа с вода.
Напълнете малък съд от край до край с вода. Трябва да излеете водата близо до ръба, без да я разливате. Бъдете внимателни при тази стъпка! Ако оставите водата да прелее, трябва да изпразните големия контейнер напълно и да започнете отначало.
- За този експеримент предполагаме, че водата има плътност от 1000 kg / m. Освен ако не използвате саламура или изцяло различна течност, повечето води имат плътност, близка до тази референтна стойност, така че резултатите няма да бъдат засегнати.
- Ако имате капкомер, можете да го използвате, за да капете вода във вътрешния контейнер, така че нивото на водата да е до ръба.
Потопете малък предмет. След това потърсете обект, който да се побере удобно в малък контейнер без повреди от водата. Намерете теглото в килограми на този обект (трябва да използвате скалата за отчитане в грамове и след това да го преобразувате в килограми). След това бавно натиснете обекта във водата, без да навлажнявате пръста си, докато започне да плува или едва можете да го задържите, и след това освободете обекта. Трябва да видите как вода се разлива през ръба на вътрешния контейнер във външния контейнер.
- За този пример, да кажем, че натискаме 0,05 кг автомобил играчка във вътрешния му контейнер. Не е необходимо да знаем обема на автомобила, за да изчислим плаваемостта, както ще знаем в следващата стъпка.
Съберете и измерете преливането на вода. Когато натиснете обект във водата, той заема мястото на малко вода - в противен случай няма място да го потопите във водата. Когато изтласка водата от пътеката, водата отблъсква и създава плаваемост. Съберете разлятата вода от вътрешния съд и я изсипете в малката мерителна чашка. Обемът на водата в чашата трябва да бъде равен на обема на потопения обект.
- С други думи, ако обектът плава, обемът на преливащата вода ще бъде равен на обема на обекта, потопен под повърхността на водата. Ако обектът потъне, обемът на преливане на вода ще бъде равен на обема на целия обект.
Изчислете количеството разлята вода. Тъй като знаете плътността на водата и можете да измервате обема на водата, преливаща в мерителна чашка, ще изчислите обема на водата. Преобразувайте обема в m (онлайн конвертор на единици като този може да ви помогне тук) и го умножете по плътността на водата (1000 kg / m).
- В горния пример, приемете, че колата за играчки е потопена във вътрешния си контейнер и заема около 2 супени лъжици (0,00003 м) вода. За да намерите масата на водата, умножете това по плътност: 1000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 кг.
Сравнете обема на изместената вода и масата на обекта. След като вече знаете масите както на потопената, така и на изместената вода, сравнете тези две стойности. Ако масата на обекта е по-голяма от обема на изместената вода, обектът ще потъне. От друга страна, ако обемът на изместената вода е по-голям, тогава обектът ще плава. Това е принципът на плаването на практика - за плаващо средство трябва да измести маса вода, по-голяма от масата на самото тяло.
- Следователно обектите, които са леки, но големи по обем, са най-добрите плаващи обекти. Това свойство показва, че кухите обекти могат да плават много добре. Нека да разгледаме кануто - то плава добре, защото е кухо отвътре, така че може да поеме много вода, но масата не е твърде тежка. Ако кануто беше дебело вътре, нямаше да може да плава добре.
- В горния пример превозно средство с маса 0,05 kg е по-голямо от обема вода, изместен с 0,03 kg. Това е в съответствие с това, което наблюдаваме: колата е потънала.
реклама