Tartalom

• Lépések
• Tanács
• Amire szükséged van

A lebegő erő a folyadékba merülő tárgyra ható erő, amely a gravitációval ellentétes irányban zajlik. Ha egy tárgyat egy folyadékba helyeznek, a tárgy súlya lenyomja a folyadékot (folyadékot vagy gázt), míg a felhajtóerő felfelé tolja a tárgyat, a gravitáció ellentétes irányában. Általában ez a felhajtóerő egyenletek felhasználásával kiszámítható F_b = V_S × D × g, amelyben F_b a felhajtóerő, V_S a merülő rész térfogata, D az objektumot körülvevő folyadék sűrűsége, g pedig a gravitáció. Az objektum úszóképességének meghatározásához kezdje meg az alábbi 1. lépéssel.

Lépések

1/2 módszer: Használja a lebegő erőegyenletet

1. 

   Keresse meg a kötetet a tárgy merülő része. Az objektumra ható felhajtóerő közvetlenül korrelál az objektum víz alatti térfogatrészével. Más szavakkal: minél nagyobb a szilárd test süllyedése, annál erősebben hat rá a felhajtóerő. Vagyis ha az objektum teljesen el van merülve a folyadékban, akkor is felhajtóerő hat rá. Az objektumra ható felhajtóerő számításának megkezdéséhez az első lépés általában a folyadékba beázott térfogat térfogatának meghatározása. A lebegő erő egyenletében ezt az értéket m-ben kell megírni.
   • A folyadékba teljesen belemerült tárgy esetében a merülő térfogat megegyezik a tárgy térfogatával. A folyadék felülúszójánál csak a folyadék felszíne alatti térfogatrészt vesszük figyelembe.
   • Tegyük fel például, hogy meg akarjuk találni a vízben úszó gumilabdára ható felhajtóerőt. Ha a gömb 1 m átmérőjű tökéletes gömb és pontosan az egyik felével merül el, akkor az egész gömb térfogatának kiszámításával és felére osztásával megtalálhatjuk a bemerült rész térfogatát. Mivel a gömb térfogata (4/3) π (sugár), megadjuk a gömb térfogatát (4/3) π (0,5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = 0,262 m-t süllyesztettek el.

2. 

   
   
   Keresse meg a folyadék sűrűségét. A lebegő erő megtalálásának következő lépése a környező folyadék sűrűségének (kg / m) meghatározása. A sűrűség az a mennyiség, amelyet egy anyag vagy anyag tömegének és annak megfelelő térfogatának arányával mértek. Két azonos térfogatú objektum esetében a nagyobb sűrűségű tárgy nehezebb lesz. Az általános ökölszabály, hogy minél nagyobb a folyadék sűrűsége, annál nagyobb a felhajtóerő a benne elsüllyedő testre. Folyadékok esetén általában a sűrűség meghatározásának legegyszerűbb módja a referenciák.
   • A fenti példában a labda a vízben lebeg. A referencia tanulmány irodalma elmondja, hogy a víz sajátos sűrűségű 1000 kg / m.
   • Számos közönséges folyadék sűrűségét a szakirodalom ismerteti. Ezt a listát itt találja.

3. 

   
   
   Keresse meg a gravitációt (vagy más erőt lefelé). Akár egy tárgy süllyed, akár lebeg a folyadékban, mindig gravitációs erő alatt áll. Valójában ez a lefelé irányuló erőállandó kb 9,81 Newton / kilogramm. Azokban az esetekben azonban, amikor egy másik erő hat a folyadékra és a benne süllyedő testre, például a sugárirányú erőre, akkor ezt az erőt is figyelembe kell vennünk, amikor kiszámítjuk az egész rendszer teljes "lefelé irányuló" erejét.
   • A fenti példában, ha normális statikus rendszerünk van, akkor feltételezhető, hogy a folyadékra és a testre egyetlen lefelé irányuló erő a standard gravitáció - 9,81 Newton / kilogramm.

4. 

   
   
   A térfogatot szorozzuk meg sűrűséggel és gravitációval. Ha megvan az objektum térfogatának (m), a folyadék sűrűségének (kg / m) és a gravitációnak (vagy a Newton / Kilogram rendszer lefelé irányuló erejének) az értéke, az úszó erő megtalálása egyszerűvé válik. . Egyszerűen hármasítsa meg ezeket, hogy megtalálja a lebegő erőt Newtons-ban.
   • Oldja meg a példa problémáját úgy, hogy az értékeket bedugja az F egyenletbe_b = V_S × D × g. F_b = 0,262 m × 1 000 kg / m × 9,81 N / kg = 2570 newton. A többi egység megsemmisítené egymást, és csak a Newton egység maradna.

5. 

   A gravitációval összehasonlítva állapítsa meg, hogy az objektum lebeg-e vagy sem. A felhajtóerő egyenletével könnyen megtalálja azt az erőt, amely kiszorítja a tárgyat a folyadékból. Ugyanakkor azt is meghatározhatja, hogy az anyag lebeg-e vagy süllyed a folyadékban, ha egy további lépést tesz. Keresse meg az egész testre ható lebegő erőt (vagyis használja az V. test teljes térfogatát_S), majd a G = (az objektum tömege) (9,81 m / s) egyenlettel keresse meg az objektumot vonzó gravitációt. Ha az úszó erő nagyobb, mint a gravitáció, akkor az objektum lebeg. Másrészt, ha a gravitáció nagyobb, akkor az objektum elsüllyed. Ha ez a két erő egyenlő, akkor kimondjuk a dolgot felfüggesztett.
   • A felfüggesztett tárgy nem lebeg a víz felett, és nem süllyed az aljára víz alatt. A felület és az alja közötti folyadékban szuszpendálódik.
   • Tegyük fel például, hogy szeretnénk tudni, hogy képes-e egy 20 kg-os hengeres fa láda úszni a vízben, amelynek átmérője 0,75 m és magassága 1,25 m. A probléma megoldásához több lépést kell végrehajtanunk:
     • Az első az, hogy meg kell találni a térfogatot a V = π (sugár) (magasság) henger térfogatának képletével. V = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.
     • Ezután feltételezve, hogy ismerjük a víz normál gravitációját és sűrűségét, megoldjuk a hordóra ható úszó erőt. 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 5395,5 Newton.
     • Most meg kell találnunk a fadobozra ható gravitációt. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196,2 Newton. Ez az eredmény sokkal kisebb, mint a felhajtóerő, ezért a hordó lebegni fog.

6. 

   Használja ugyanazt a számítást, ha a folyadék gáz. A felhajtóerővel kapcsolatos problémák megoldásakor ne felejtsük el, hogy a folyadéknak nem kell folyadéknak lennie. A gázt folyadéknak is tekintik, bár a többi anyagtípushoz képest nagyon kicsi a sűrűsége, és még mindig taszíthatja a benne lebegő tárgyak egy részét. A héliumbuborék ennek a bizonyítéka. Mivel a buborékban lévő hélium könnyebb, mint a körülötte lévő folyadék (levegő), a buborék elrepül! hirdetés

2/2 módszer: Végezzen egyszerű kísérletet lebegő erővel

1. 

   Helyezzen egy kis tálat egy nagyobbba. Ha csak néhány tárgy van a házban, akkor a gyakorlatban könnyen láthatja a felhajtóerő hatásait. Ebben a kísérletben megmutatjuk, hogy amikor egy tárgy víz alá merül, akkor az a felhajtóerő hatását fogja elszenvedni, mert a víz alá került objektum térfogatával megegyező folyadékmennyiség helyét veszi át. A kísérletek során azt is megmutatjuk, hogyan lehet megtalálni a tárgy lebegő erejét a gyakorlatban. Először tegyen egy kis, kupak nélküli edényt, például egy tálat vagy csészét egy nagyobb edénybe, például egy nagy tálba vagy egy vödör vízbe.

2. 

   Töltsön meg egy kis, széltől a szélig tartó edényt vízzel. A vizet a széléhez kell önteni anélkül, hogy kiöntené. Legyen óvatos ebben a lépésben! Ha hagyja, hogy a víz túlfolyjon, teljesen ki kell ürítenie a nagy edényt, és elölről kell kezdenie.
   • Ehhez a kísérlethez feltételezzük, hogy a víz sűrűsége 1000 kg / m. Hacsak sóoldatot vagy teljesen más folyadékot nem használ, a legtöbb víz sűrűsége megközelíti ezt a referenciaértéket, így az eredményeket nem befolyásolja.
   • Ha van csepegtetője, akkor vizet csepegtethet a belső tartályba, hogy a vízszint a széléig legyen.

3. 

   Merítsen egy kis tárgyat. Ezután keressen olyan tárgyat, amely kényelmesen elfér egy kis tartályban, vízkárosodás nélkül. Keresse meg a tárgy kilogrammban kifejezett tömegét (használjon skálát a leolvasáshoz grammban, majd konvertálja kilogrammokra). Ezután lassan nyomja be a tárgyat a vízbe anélkül, hogy az ujja nedves lenne, amíg lebegni kezd, vagy alig tudja megtartani, majd engedje el a tárgyat. Látnia kell egy kis vizet a belső tartály szélén a külső tartályba.
   • Tegyük fel, hogy ennél a példánál egy 0,05 kg-os játékautót nyomunk a belső tartályába. A felhajtóerő kiszámításához nem kell tudnunk az autó térfogatát, amint azt a következő lépésben megtudjuk.

4. 

   Gyűjtse össze és mérje meg a víz túlfolyását. Ha egy tárgyat benyom a vízbe, az egy kis víz helyét átveszi - különben nincs helye a vízbe meríteni. Amikor kiszorítja a vizet az ösvényről, a víz taszít és felhajtóerőt hoz létre. Gyűjtse össze a kiömlött vizet a belső tartályból, és öntse a kis mérőpohárba. A csészében lévő víz térfogatának meg kell egyeznie az elmerült tárgy térfogatával.
   • Más szavakkal, ha az objektum lebeg, akkor a túlfolyó víz térfogata megegyezik a víz felszíne alá merülő tárgy térfogatával. Ha az objektum süllyed, a víz túlcsordulásának térfogata megegyezik az egész objektum térfogatával.

5. 

   Számítsa ki a kiömlött víz mennyiségét. Mivel ismeri a víz sűrűségét, és meg tudja mérni a mérőpohárban túlfolyó víz mennyiségét, kiszámítja a víz térfogatát. Konvertálja át a térfogatot m-re (egy ilyen online egységátalakító ebben segíthet), és megszorozza a víz sűrűségével (1000 kg / m).
   • A fenti példában feltételezzük, hogy a játékautó a belső tartályába merül, és körülbelül 2 evőkanál (0,00003 m) vizet foglal el. A víz tömegének meghatározásához szorozzuk meg ezt sűrűséggel: 1000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 kg.

6. 

   Hasonlítsa össze a kiszorított víz térfogatát és a tárgy tömegét. Most, hogy ismeri az elmerült és a kiszorított víz tömegét, hasonlítsa össze ezt a két értéket. Ha az objektum tömege nagyobb, mint a kiszorított víz térfogata, akkor a tárgy elsüllyed. Másrészt, ha a kiszorított víz térfogata nagyobb, akkor az objektum lebeg. Ez a lebegés elve a gyakorlatban - egy úszó számára a víz tömegét nagyobbnak kell kiszorítania, mint maga a test tömege.
   • Ezért a fénytömegek, de a nagy mennyiségek a legjobban lebegő tárgyak. Ez a tulajdonság azt jelzi, hogy az üreges tárgyak nagyon jól lebeghetnek. Vessünk egy pillantást a kenura - jól úszik, mert üreges belül, így sok vizet képes felvenni, de a tömeg nem túl nehéz. Ha a kenu vastag lenne belül, nem tudna jól lebegni.
   • A fenti példában egy 0,05 kg tömegű jármű nagyobb, mint 0,03 kg kiszorított víz térfogata. Ez összhangban van azzal, amit megfigyelünk: az autó elsüllyedt.
   hirdetés

Tanács

• Minden mérés után használjon nullával beállítható skálát a pontos értékek érdekében.

Amire szükséged van

• Kis csésze vagy tál
• Nagy tál vagy hordó
• Vízbe meríthető apró tárgyak (például gumilabda)
• Mérőedény