Ako vypočítať pohyblivú silu: 12 krokov (s fotografiou) - Tipy

Obsah

Kroky
Rada
Čo potrebuješ

Plávajúca sila je sila pôsobiaca na objekt ponorený v tekutine v opačnom smere ako gravitácia. Keď je predmet umiestnený do kvapaliny, jeho hmotnosť tlačí nadol tekutinu (kvapalinu alebo plyn), zatiaľ čo vztlak tlačí predmet nahor, v opačnom smere gravitácie. Všeobecne možno tento vztlak vypočítať pomocou rovníc F_b = V_S × D × g, v ktorom F_b je vztlak, V_S je objem ponorenej časti, D je hustota tekutiny obklopujúcej objekt a g je gravitácia. Ak sa chcete dozvedieť, ako určiť vztlak objektu, začnite krokom 1 uvedeným nižšie.

Kroky

Metóda 1 z 2: Použite rovnicu plávajúcej sily

Nájdite zväzok ponorená časť objektu. Vztlak pôsobiaci na objekt priamo koreluje s ponorenou objemovou časťou objektu. Inými slovami, čím väčšie je umývadlo pevného tela, tým silnejšie na neho pôsobí vztlak. To znamená, že aj keď je predmet úplne ponorený v kvapaline, stále na neho pôsobí vztlak. Na začatie výpočtu vztlakovej sily pôsobiacej na objekt je prvým krokom zvyčajne stanovenie objemu objemu, ktorý je nasiaknutý tekutinou. V rovnici pre plávajúcu silu musí byť táto hodnota napísaná v m.
- Pre objekt úplne ponorený do kvapaliny bude objem, ktorý je ponorený, rovný objemu samotného objektu. Za supernatant tekutiny považujeme iba objemový zlomok pod povrchom tekutiny.
- Povedzme napríklad, že chceme nájsť vztlak pôsobiaci na gumovú guľu plávajúcu vo vode. Ak je guľa dokonalá guľa s priemerom 1 m a pláva s presne jednou ponorenou polovicou, nájdeme objem ponorenej časti vypočítaním objemu celej gule a jeho rozdelením na polovicu. Pretože objem gule je (4/3) π (polomer), máme objem gule (4/3) π (0,5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = 0,262 m bolo potopených.
Nájdite hustotu kvapaliny. Ďalším krokom pri hľadaní plávajúcej sily je stanovenie hustoty (v kg / m) okolitej kvapaliny. Hustota je veličina meraná pomerom hmotnosti hmoty alebo hmoty k jej zodpovedajúcemu objemu. S dvoma objektmi rovnakého objemu bude objekt s vyššou hustotou ťažší. Všeobecným pravidlom je, že čím vyššia je hustota kvapaliny, tým väčší vztlak bude pôsobiť na telo, ktoré v nej klesá. S tekutinami je zvyčajne najjednoduchší spôsob stanovenia hustoty pomocou odkazov.
- Vo vyššie uvedenom príklade lopta pláva vo vode. Literatúra z referenčných štúdií nám hovorí, že voda má špecifickú hustotu 1 000 kg / m.
- Hustota mnohých bežných tekutín je uvedená v odbornej literatúre. Tento zoznam nájdete tu.
Nájdite gravitáciu (alebo inú silu v smere dole). Či už sa predmet potápa alebo vznáša v tekutine, je vždy pod gravitačnou silou. V skutočnosti je táto konštanta sily smerom nadol asi 9,81 Newton / kilogram. Avšak v prípadoch, keď na kvapalinu a teleso v nej klesá, pôsobí iná sila, ako je radiálna sila, musíme túto silu zohľadniť aj pri výpočte celkovej sily „smerom dole“ pre celý systém.
- Vo vyššie uvedenom príklade, ak máme normálny statický systém, možno predpokladať, že jedinou silou smerom dole pôsobiacou na tekutinu a telo je štandardná gravitácia - 9,81 Newton / kilogram.
Vynásobte objem hustotou a gravitáciou. Ak máte k dispozícii hodnoty pre objem objektu (vm), hustotu kvapaliny (v kg / m) a gravitáciu (alebo silu dole systému Newton / Kilogram), je ľahké nájsť plávajúcu silu. . Jednoducho ich strojnásobte, aby ste našli plávajúcu silu v Newtonoch.
- Vyriešte vzorový problém zapojením hodnôt do rovnice F_b = V_S × D × g. F_b = 0,262 m × 1 000 kg / m × 9,81 N / kg = 2 570 Newtonov. Ostatné jednotky by sa navzájom zničili a zostala by iba jednotka Newton.
Porovnaním s gravitáciou určite, či je objekt plávajúci alebo nie. Pomocou rovnice pre vztlak ľahko nájdete silu, ktorá vytlačí predmet z kvapaliny. Ak však urobíte jeden krok navyše, môžete tiež určiť, či materiál pláva alebo klesá v tekutine. Nájdite plávajúcu silu pôsobiacu na celé telo (to znamená, použite celý objem tela V_S), potom nájdite gravitáciu, ktorá priťahuje objekt, pomocou rovnice G = (hmotnosť objektu) (9,81 m / s). Ak je plávajúca sila väčšia ako gravitácia, objekt pláva. Na druhej strane, ak je gravitácia väčšia, objekt sa potopí. Ak sú si tieto dve sily rovné, hovoríme vec pozastavené.
- Zavesený predmet nebude vo vode plávať nad vodou alebo neklesne na dno. Bude suspendovaný v kvapaline medzi povrchom a dnom.
- Predpokladajme napríklad, že chceme vedieť, či 20 kg valcová drevená debna s priemerom 0,75 ma výškou 1,25 m môže plávať vo vode. Pre tento problém musíme vykonať niekoľko krokov:
  - Prvým je vyhľadanie objemu pomocou vzorca pre objem valca V = π (polomer) (výška). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.
  - Ďalej, za predpokladu, že poznáme štandardnú gravitáciu a hustotu vody, vyriešime plávajúcu silu pôsobiacu na hlaveň. 0,55 m × 1 000 kg / m × 9,81 N / kg = 5 395,5 Newtona.
  - Teraz musíme nájsť gravitáciu pôsobiacu na drevenú debnu. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196,2 Newton. Tento výsledok je oveľa menší ako vztlaková sila, takže hlaveň bude plávať.
Rovnaký výpočet použite, ak je kvapalinou plyn. Pri riešení problémov so vztlakom nezabudnite, že tekutina nemusí byť tekutina. Plyn sa tiež považuje za tekutinu, aj keď má v porovnaní s inými druhmi látok veľmi malú hustotu a stále môže v nej odpudzovať niektoré plávajúce objekty. Dôkazom toho je héliová bublina. Pretože hélium v bubline je ľahšie ako tekutina v jej okolí (vzduch), bublina odletí! reklama

Metóda 2 z 2: Vykonajte jednoduchý experiment s pohyblivou silou

Do väčšej vložte malú misku. Iba s niekoľkými predmetmi v dome ľahko uvidíte účinky vztlaku v praxi. V tomto experimente ukážeme, že keď je objekt ponorený, bude trpieť účinkom vztlaku, pretože nahradzuje také množstvo tekutiny, ktoré sa rovná objemu ponoreného objektu. V procese experimentovania tiež ukazujeme, ako v praxi nájsť plávajúcu silu objektu. Najskôr umiestnite malú nádobu bez viečok, napríklad misku alebo pohár, do väčšej nádoby, napríklad do veľkej misy alebo vedra s vodou.
Naplňte malú nádobu od okraja po okraj vodou. Vodu musíte naliať blízko okraja bez toho, aby ste ju rozliali. V tomto kroku buďte opatrní! Ak necháte vodu pretekať, musíte veľkú nádobu úplne vyprázdniť a začať odznova.
- Pre tento experiment predpokladáme, že voda má hustotu 1 000 kg / m. Pokiaľ nepoužívate soľanku alebo úplne inú tekutinu, väčšina vôd má hustotu blízku tejto referenčnej hodnote, takže výsledky nebudú ovplyvnené.
- Ak máte kvapkadlo, môžete ním kvapkať vodu do vnútornej nádoby, takže hladina vody bude až po okraj.
Ponorte malý predmet. Ďalej hľadajte predmet, ktorý sa zmestí pohodlne do malej nádoby bez poškodenia vodou. Nájdite hmotnosť tohto objektu v kilogramoch (mali by ste použiť stupnicu na odčítanie v gramoch a potom ju previesť na kilogramy). Potom pomaly stlačte predmet do vody bez toho, aby ste prst navlhčili, kým nezačne plávať, alebo ho ledva udržíte, a potom predmet uvoľnite. Mali by ste vidieť vyliatie vody cez okraj vnútornej nádoby do vonkajšej nádoby.
- V tomto príklade povedzme vtláčame autíčko s hmotnosťou 0,05 kg do jeho vnútornej nádoby. Na to, aby sme mohli vypočítať vztlak, nepotrebujeme poznať objem automobilu, ako to budeme vedieť v ďalšom kroku.
Zozbierajte a zmerajte prepad vody. Keď vtlačíte predmet do vody, nahradí ju trocha vody - inak pre ňu nie je priestor na jej ponorenie do vody. Keď vytláča vodu z cesty, voda ju odpudzuje a vytvára vztlak. Vylejte rozliatu vodu z vnútornej nádoby a nalejte ju do malej odmerky. Objem vody v pohári by sa mal rovnať objemu ponoreného predmetu.
- Inými slovami, ak objekt pláva, objem pretečenej vody sa bude rovnať objemu objektu ponoreného pod vodnú hladinu. Ak sa objekt ponorí, objem pretečenej vody sa bude rovnať objemu celého objektu.
Vypočítajte množstvo rozliatej vody. Pretože poznáte hustotu vody a viete odmerať objem pretečenej vody v odmerke, vypočítate objem vody. Preveďte objem na m (tu môže pomôcť online prevodník jednotiek, ako je tento) a vynásobte ho hustotou vody (1 000 kg / m).
- Vo vyššie uvedenom príklade predpokladajme, že autíčko je ponorené vo svojej vnútornej nádobe a zaberá asi 2 polievkové lyžice (0,00003 m) vody. Ak chcete zistiť množstvo vody, vynásobte ju hustotou: 1 000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 kg.
Porovnajte objem vytlačenej vody a hmotnosť objektu. Teraz, keď poznáte hmotnosti ponorenej aj vytlačenej vody, porovnajte tieto dve hodnoty. Ak je hmotnosť objektu väčšia ako objem vytlačenej vody, objekt sa potopí. Na druhej strane, ak je objem posunutého objemu vody väčší, objekt bude plávať. Toto je v praxi princíp vztlaku - pre plávajúce teleso musí vytesniť hmotu vody väčšiu ako je samotná hmota tela.
- Preto objekty, ktoré sú ľahké a majú veľký objem, sú najlepšie plávajúce objekty. Táto vlastnosť naznačuje, že duté predmety môžu veľmi dobre plávať. Poďme sa pozrieť na kanoe - dobre pláva, pretože vo vnútri je dutý, takže pojme veľa vody, ale hmotnosť nie je príliš ťažká. Keby bola kanoe vo vnútri silná, nemohla by dobre plávať.
- Vo vyššie uvedenom príklade je vozidlo s hmotnosťou 0,05 kg väčšie ako objem vody vytlačený o 0,03 kg. To je v súlade s tým, čo pozorujeme: auto sa potopilo.
reklama