Kelluvan voiman laskeminen: 12 askelta (valokuvalla) - Vihjeitä

Sisältö

Askeleet
Neuvoja
Mitä tarvitset

Kelluva voima on voima, joka vaikuttaa nesteeseen upotettuun esineeseen painovoiman vastakkaiseen suuntaan. Kun esine asetetaan nesteeseen, esineen paino työntää nestettä (nestettä tai kaasua) alaspäin, kun taas kelluvuus työntää esinettä ylöspäin vastakkaiseen painovoiman suuntaan. Yleensä tämä kelluvuus voidaan laskea yhtälöiden avulla F_b = V_S × D × g, jossa F_b on kelluvuus, V_S on upotetun osan tilavuus, D on kohdetta ympäröivän nesteen tiheys ja g on painovoima. Opi määrittämään kohteen kelluvuus aloittamalla alla olevasta vaiheesta 1.

Askeleet

Tapa 1/2: Käytä kelluvan voiman yhtälöä

Etsi äänenvoimakkuus kohteen upotettu osa. Kohteeseen vaikuttava kelluvuus korreloi suoraan kohteen upotetun tilavuusosan kanssa. Toisin sanoen, mitä suurempi kiinteän rungon pesuallas, sitä vahvempi kelluvuus vaikuttaa siihen. Toisin sanoen vaikka esine on kokonaan upotettu nesteeseen, siihen vaikuttaa edelleen kelluvuus. Kohteeseen vaikuttavan kelluntavoiman laskemisen aloittamiseksi ensimmäinen vaihe on yleensä määrittää nesteessä liotetun tilavuuden tilavuus. Kelluva voima yhtälössä tämä arvo on kirjoitettava metreinä.
- Nesteessä kokonaan upotetun esineen kohdalla upotettu tilavuus on sama kuin kohteen itse tilavuus. Nesteen supernatantin osalta otetaan huomioon vain tilavuusosuus nesteen pinnan alapuolella.
- Oletetaan esimerkiksi, että haluamme löytää kelluvuuden, joka vaikuttaa vedessä kelluvaan kumipalloon. Jos pallo on täydellinen pallo, jonka halkaisija on 1 m ja se kelluu täsmälleen yhden puoliskon alla, voimme löytää upotetun osan tilavuuden laskemalla koko pallon tilavuus ja jakamalla se kahtia. Koska pallon tilavuus on (4/3) π (säde), pallon tilavuuden tulee olla (4/3) π (0,5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = 0,262 m upotettiin.
Etsi nesteen tiheys. Seuraava vaihe kelluvan voiman löytämisessä on määrittää ympäröivän nesteen tiheys (kg / m). Tiheys on määrä, joka mitataan aineen tai aineen massan ja vastaavan tilavuuden välisellä suhteella. Kahden saman tilavuuden objektin kohdalla suurempi tiheysobjekti on painavampi. Nyrkkisääntö on, että mitä suurempi nesteen tiheys, sitä suurempi kelluvuus kohdistuu siihen uppoavaan kehoon. Nesteiden kanssa tiheyden määrittäminen on yleensä helpoin tapa viitteiden avulla.
- Yllä olevassa esimerkissä pallo kelluu vedessä. Viittaus tutkimuskirjallisuuteen kertoo meille, että vedellä on erityinen tiheys 1000 kg / m.
- Monien yleisten nesteiden tiheys on annettu teknisessä kirjallisuudessa. Löydät tämän luettelon täältä.
Etsi painovoima (tai muu voima alaspäin). Onko esine uppoaa tai kelluu nesteessä, se on aina painovoiman alainen. Itse asiassa tämä alaspäin suuntautuva voimavakio on noin 9,81 Newtonia / kilogramma. Tapauksissa, joissa nesteeseen ja siihen uppoavaan kehoon vaikuttaa toinen voima, kuten säteisvoima, meidän on myös otettava tämä voima huomioon laskettaessa koko järjestelmän "alaspäin suuntautuvaa" voimaa.
- Yllä olevassa esimerkissä, jos meillä on normaali staattinen järjestelmä, voidaan olettaa, että ainoa nesteeseen ja kehoon vaikuttava alaspäin suuntautuva voima on vakiopainovoima - 9,81 Newtonia / kilogramma.
Kerro tilavuus tiheydellä ja painovoimalla. Kun sinulla on kohteen tilavuuden (m), nesteen tiheyden (kg / m) ja painovoiman (tai Newton / Kilogram-järjestelmän alaspäin suuntautuvan voiman) arvot, kelluvan voiman löytäminen on helppoa. . Yksinkertaisesti kolminkertaista nämä löytääksesi kelluvan voiman Newtonsista.
- Ratkaise esimerkkiongelma liittämällä arvot yhtälöön F_b = V_S × D × g. F_b = 0,262 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 2570 Newtonia. Muut yksiköt tuhoaisivat toisensa, jättäen vain Newtonin yksikön.
Selvitä, onko esine kelluva vai ei, vertaamalla sitä painovoimaan. Käyttämällä kelluvuuden yhtälöä löydät helposti voiman, joka työntää esineen ulos nesteestä. Voit kuitenkin myös selvittää kelluu tai uppoaa materiaali nesteessä, jos otat yhden ylimääräisen vaiheen. Etsi koko kehoon vaikuttava kelluva voima (ts. Käytä koko kehon tilavuus V)_S), etsi sitten painovoima, joka houkuttelee kohdetta yhtälöllä G = (kohteen massa) (9,81 m / s). Jos kelluva voima on suurempi kuin painovoima, esine kelluu. Toisaalta, jos painovoima on suurempi, esine uppoaa. Jos nämä kaksi voimaa ovat samat, sanomme asian keskeytetty.
- Riippuva esine ei kellu veden yläpuolella eikä uppoa pohjaan vedessä ollessaan. Se suspendoituu pinnan ja pohjan väliseen nesteeseen.
- Oletetaan esimerkiksi, että haluamme tietää, voiko 20 kg: n sylinterimäinen puulaatikko, jonka halkaisija on 0,75 m ja korkeus 1,25 m, kellua vedessä. Meidän on suoritettava useita vaiheita tämän ongelman ratkaisemiseksi:
  - Ensimmäinen on löytää tilavuus käyttämällä sylinterin tilavuuden kaavaa V = π (säde) (korkeus). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.
  - Seuraavaksi oletetaan, että tiedämme standardipainon ja veden tiheyden, ratkaisemme tynnyriin vaikuttavan kelluvan voiman. 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 5395,5 Newton.
  - Nyt meidän on löydettävä puulaatikkoon vaikuttava painovoima. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196,2 Newton. Tämä tulos on paljon pienempi kuin kelluvuus, joten tynnyri kelluu.
Käytä samaa laskutoimitusta, kun neste on kaasua. Kun ratkaiset kelluvuuteen liittyviä ongelmia, älä unohda, että nesteen ei tarvitse olla nestettä. Kaasuja kutsutaan myös nesteiksi, vaikka niiden tiheys on hyvin pieni verrattuna muihin ainetyyppeihin, ja kaasu voi silti torjua joitain siinä olevia kelluvia esineitä. Helium-kupla on todiste tästä. Koska kuplassa oleva helium on kevyempi kuin sen ympärillä oleva neste (ilma), kupla lentää pois! mainos

Tapa 2/2: Suorita yksinkertainen koe kelluvalla voimalla

Aseta pieni kulho isompaan. Kun talossa on vain muutama esine, näet helposti kelluvuuden vaikutukset käytännössä. Tässä kokeessa osoitamme, että kun esine on veden alla, se kärsii kelluvuudesta, koska se korvaa nestemäärän, joka on yhtä suuri kuin upotetun kohteen tilavuus. Kokeiden suorittamisen yhteydessä näytämme myös kuinka löytää kohteen kelluva voima käytännössä. Aseta ensin pieni, korkiton astia, kuten kulho tai kuppi, suurempaan astiaan, kuten isoon kulhoon tai ämpäriin vettä.
Täytä pieni, reunasta reunaan astia vedellä. Sinun on kaadettava vesi lähelle reunaa vuotamatta sitä. Ole varovainen tässä vaiheessa! Jos annat veden ylivuotoa, sinun on tyhjennettävä iso astia kokonaan ja aloitettava alusta.
- Tässä kokeessa oletetaan, että veden tiheys on 1000 kg / m. Ellet käytä suolaliuosta tai täysin erilaista nestettä, useimmilla vesillä on tiheys lähellä tätä viitearvoa, joten tulokset eivät vaikuta.
- Jos sinulla on tiputin, voit käyttää sitä tiputtamaan vettä sisempään astiaan niin, että vedenpinta on reunaan asti.
Upota pieni esine. Etsi seuraavaksi esine, joka mahtuu mukavasti pieneen astiaan ilman vesivahinkoja. Etsi tämän kohteen paino kilogrammoina (sinun tulee käyttää asteikoa lukemiseen grammoina ja muuntaa se sitten kilogrammoiksi). Paina sitten esine hitaasti veteen kastelematta sormeasi, kunnes se alkaa kellua tai voit tuskin pitää sitä kiinni, ja vapauta sitten esine. Sinun pitäisi nähdä, että vettä valuu sisäsäiliön reunan yli ulkosäiliöön.
- Tässä esimerkissä sanotaan, että painamme 0,05 kg: n leluautoa sisäsäiliöön. Meidän ei tarvitse tietää auton tilavuutta kelluvuuden laskemiseksi, kuten tiedämme seuraavassa vaiheessa.
Kerää ja mittaa veden ylivuoto. Kun painat kohteen veteen, se korvaa jonkin verran vettä - muuten sinulla ei ole tilaa upottaa sitä veteen. Kun se työntää vettä pois tieltä, vesi hylkää ja luo kelluvuutta. Kerää vuotanut vesi sisäastiasta ja kaada se pieneen mittakuppiin. Kupin vesimäärän tulee olla yhtä suuri kuin upotetun esineen tilavuus.
- Toisin sanoen, jos esine kelluu, ylivuotavan veden määrä on yhtä suuri kuin veden pinnan alle upotetun kohteen tilavuus. Jos esine uppoaa, veden ylivuototilavuus on yhtä suuri kuin koko kohteen tilavuus.
Laske vuotaneen veden määrä. Koska tiedät veden tiheyden ja pystyt mittaamaan mittakupissa vuotavan veden määrän, lasket veden määrän. Muunna tilavuus metriksi (tämän tyyppinen online-yksikkömuunnin voi auttaa tässä) ja kerro se veden tiheydellä (1000 kg / m).
- Oletetaan, että yllä olevassa esimerkissä leluauto on upotettu sisäsäiliöönsä ja vie noin 2 ruokalusikallista (0,00003 m) vettä. Veden massa saadaan kertomalla tämä tiheydellä: 1000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 kg.
Vertaa syrjäytetyn veden määrää ja kohteen massaa. Nyt kun tiedät sekä veden alla olevan että syrjäytetyn veden massat, vertaa näitä kahta arvoa. Jos kohteen massa on suurempi kuin syrjäytetyn veden tilavuus, esine uppoaa. Toisaalta, jos syrjäytetyn veden tilavuus on suurempi, esine kelluu. Tämä on kelluvuuden periaate käytännössä - kelluvan kappaleen on sen syrjäyttävä vesimassa, joka on suurempi kuin itse ruumiin massa.
- Siksi esineet, jotka ovat kevyitä, mutta suuria, ovat parhaiten kelluvia esineitä. Tämä ominaisuus osoittaa, että ontot esineet voivat kellua erittäin hyvin. Katsotaanpa kanootti - se kelluu hyvin, koska se on ontto sisältä, joten se voi viedä paljon vettä, mutta massa ei ole liian raskas. Jos kanootti olisi paksu sisältä, se ei pystyisi kellumaan hyvin.
- Yllä olevassa esimerkissä ajoneuvo, jonka massa on 0,05 kg, on suurempi kuin 0,03 kg: n syrjäyttämä vesitilavuus. Tämä on sopusoinnussa havaintojemme kanssa: auto on uponnut.
mainos