Как рассчитать плавучесть: 12 шагов (с фото) - Чаевые

Видео: Метод эквивалентных преобразований. Как находить токи и напряжения в цепи

Содержание

Шаги
Совет
Что вам нужно

Плавающая сила - это сила, действующая на объект, погруженный в жидкость, в направлении, противоположном силе тяжести. Когда объект помещается в жидкость, вес объекта толкает жидкость (жидкость или газ) вниз, в то время как плавучесть толкает объект вверх, в противоположном направлении силы тяжести. В общем, эту плавучесть можно рассчитать с помощью уравнений F_б = V_S × D × г, в котором F_б - плавучесть, V_S - объем погруженной части, D - плотность жидкости, окружающей объект, а g - сила тяжести. Чтобы узнать, как определить плавучесть объекта, начните с шага 1 ниже.

Шаги

Метод 1 из 2: используйте уравнение плавающей силы

Найдите объем затопленная часть объекта. Плавучесть, действующая на объект, напрямую связана с погруженной частью объема объекта. Другими словами, чем больше раковина твердого тела, тем сильнее на него действует плавучесть. То есть, даже если объект полностью погружен в жидкость, на него все равно действует плавучесть. Чтобы начать расчет выталкивающей силы, действующей на объект, первым шагом обычно является определение объема объема, который пропитан жидкостью. В уравнении для плавающей силы это значение должно быть записано в метрах.
- Для объекта, полностью погруженного в жидкость, погруженный объем будет равен объему самого объекта. Для надосадочной жидкости мы учитываем только объемную долю ниже поверхности жидкости.
- Например, предположим, что мы хотим найти плавучесть, действующую на резиновый мяч, плавающий в воде. Если шар представляет собой идеальную сферу диаметром 1 м и плавает ровно с одной половиной погруженной части, мы можем найти объем погруженной части, вычислив объем всего шара и разделив его пополам. Поскольку объем шара равен (4/3) π (радиус), у нас есть объем шара (4/3) π (0,5) = 0,524 м. 0,524 / 2 = Затоплено 0,262 м..
Найдите плотность жидкости. Следующим шагом в определении силы плавучести является определение плотности (в кг / м) окружающей жидкости. Плотность - это величина, измеряемая отношением массы вещества или вещества к соответствующему объему. Для двух объектов равного объема объект с большей плотностью будет тяжелее. Общее практическое правило состоит в том, что чем выше плотность жидкости, тем большую плавучесть оказывает на тело, которое в ней тонет. В случае жидкостей, как правило, самый простой способ определить плотность - это эталоны.
- В приведенном выше примере мяч плавает в воде. В справочной литературе говорится, что вода имеет определенную плотность. 1000 кг / м.
- Плотность многих распространенных жидкостей указана в технической литературе. Вы можете найти этот список здесь.
Найдите гравитацию (или другую силу, направленную вниз). Вне зависимости от того, тонет ли объект или плавает в жидкости, он всегда находится под действием силы тяжести. Фактически, эта направленная вниз постоянная силы составляет около 9,81 Ньютон / килограмм. Однако в случаях, когда на жидкость и тело, погружающееся в нее, действует другая сила, такая как радиальная сила, мы также должны учитывать эту силу при вычислении общей «нисходящей» силы для всей системы.
- В приведенном выше примере, если у нас есть нормальная статическая система, то можно предположить, что единственная направленная вниз сила, действующая на жидкость и тело, - это стандартная гравитация: 9,81 Ньютон / килограмм.
Умножьте объем на плотность и силу тяжести. Когда у вас есть значения для объема объекта (в м), плотности жидкости (в кг / м) и силы тяжести (или направленной вниз силы по системе Ньютон / Килограмм), найти плавающую силу становится легко. . Просто утроите их, чтобы найти плавающую силу в Ньютонах.
- Решите пример проблемы, подставив значения в уравнение F_б = V_S × Д × г. F_б = 0,262 м × 1000 кг / м × 9,81 Н / кг = 2570 Ньютонов. Остальные единицы уничтожили бы друг друга, оставив только единицу Ньютона.
Определите, плавает ли объект, сравнив его с силой тяжести. Используя уравнение плавучести, вы легко найдете силу, которая выталкивает объект из жидкости. Однако вы также можете определить, плавает ли материал в жидкости или тонет в ней, если сделаете еще один шаг. Найдите плавающую силу, действующую на все тело (то есть используйте весь объем тела V_S), затем найдите гравитацию, которая притягивает объект, по уравнению G = (масса объекта) (9,81 м / с). Если плавающая сила больше силы тяжести, объект будет плавать. С другой стороны, если сила тяжести больше, объект утонет. Если эти две силы равны, мы говорим приостановлено.
- Подвешенный объект не будет плавать над водой или опускаться на дно в воде. Он будет взвешен в жидкости между поверхностью и дном.
- Например, предположим, что мы хотим знать, может ли цилиндрический деревянный ящик весом 20 кг, диаметром 0,75 метра и высотой 1,25 метра плавать в воде. Мы должны выполнить несколько шагов для этой проблемы:
  - Первый - найти объем, используя формулу объема цилиндра V = π (радиус) (высота). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 м.
  - Затем, предполагая, что мы знаем стандартную гравитацию и плотность воды, мы решаем плавающую силу, действующую на ствол. 0,55 м × 1000 кг / м × 9,81 Н / кг = 5395,5 Ньютон.
  - Теперь нам нужно найти силу тяжести, действующую на деревянный ящик. G = (20 кг) (9,81 м / с) = 196,2 Ньютон. Этот результат намного меньше, чем сила плавучести, поэтому ствол будет плавать.
Используйте тот же расчет, когда жидкость является газом. Решая проблемы с плавучестью, не забывайте, что жидкость не обязательно должна быть жидкостью. Газы также известны как жидкости, хотя они имеют очень маленькую плотность по сравнению с другими типами материи, и газ все еще может отталкивать некоторые плавающие в нем объекты. Гелиевый пузырь - тому подтверждение. Поскольку гелий в пузыре легче окружающей его жидкости (воздуха), пузырек улетит! рекламное объявление

Метод 2 из 2. Проведите простой эксперимент с плавающей силой.

Поместите маленькую миску в большую. Имея в доме всего несколько предметов, вы легко увидите эффект плавучести на практике. В этом эксперименте мы показываем, что когда объект погружен, он будет страдать от эффекта плавучести, потому что он занимает место количества жидкости, равного объему погруженного объекта. В процессе экспериментов мы также показываем, как на практике найти плавающую силу объекта. Сначала вы помещаете небольшую емкость без крышки, такую как миска или чашка, в емкость большего размера, например, большую миску или ведро с водой.
Наполните небольшой контейнер от края до края водой. Вы должны налить воду вплотную к краю, не проливая ее. Будьте осторожны на этом этапе! Если вы позволите воде перелиться через край, вы должны полностью опорожнить большую емкость и начать все сначала.
- Для этого эксперимента мы предполагаем, что вода имеет плотность 1000 кг / м 2. Если вы не используете рассол или совершенно другую жидкость, большинство вод имеют плотность, близкую к этому эталонному значению, поэтому на результаты это не повлияет.
- Если у вас есть пипетка, вы можете использовать ее, чтобы капать воду во внутреннюю емкость, чтобы уровень воды был до края.
Погрузите небольшой предмет. Затем найдите предмет, который может удобно поместиться в небольшой контейнер без повреждения водой. Найдите вес этого предмета в килограммах (вы должны использовать шкалу для чтения в граммах, а затем преобразовать его в килограммы). Затем медленно вдавите объект в воду, не намочив палец, пока он не начнет плавать или вы не сможете его удерживать, а затем отпустите объект. Вы должны увидеть, как вода переливается через край внутренней емкости во внешнюю.
- В этом примере предположим, что мы вдавливаем игрушечную машинку весом 0,05 кг во внутренний контейнер. Нам не нужно знать объем автомобиля, чтобы рассчитать плавучесть, как мы узнаем на следующем шаге.
Соберите и измерьте перелив воды. Когда вы вдавливаете предмет в воду, он заменяет немного воды - иначе вам не будет места, чтобы погрузить его в воду. Когда он выталкивает воду с пути, вода отталкивается и создает плавучесть. Соберите пролитую воду из внутренней емкости и вылейте ее в небольшую мерную чашку. Объем воды в чашке должен быть равен объему погружаемого предмета.
- Другими словами, если объект плавает, объем переливающейся воды будет равен объему объекта, погруженного под поверхность воды. Если объект утонет, объем переливающейся воды будет равен объему всего объекта.
Рассчитайте количество пролитой воды. Поскольку вы знаете плотность воды и можете измерить объем воды, переливающейся в мерный стакан, вы рассчитаете объем воды. Преобразуйте объем в м (здесь может помочь онлайн-конвертер единиц измерения) и умножьте его на плотность воды (1000 кг / м).
- В приведенном выше примере предположим, что игрушечная машинка погружена во внутренний контейнер и занимает около 2 столовых ложек (0,00003 м) воды. Чтобы найти массу воды, умножьте это на плотность: 1000 кг / м × 0,00003 м = 0,03 кг.
Сравните объем вытесненной воды и массу объекта. Теперь, когда вы знаете массы погруженной и вытесненной воды, сравните эти два значения. Если масса объекта больше, чем объем вытесненной воды, объект утонет. С другой стороны, если объем вытесненной воды больше, объект будет плавать. Это принцип плавучести на практике - для плавающего тела оно должно вытеснять массу воды, превышающую массу самого тела.
- Следовательно, легкие, но большие по объему объекты - лучшие плавающие объекты. Это свойство указывает на то, что полые объекты могут очень хорошо плавать. Давайте посмотрим на каноэ - оно хорошо плавает, потому что внутри полое, поэтому может принимать много воды, но не слишком тяжелой. Если бы каноэ было толстым внутри, оно не могло бы хорошо плавать.
- В приведенном выше примере автомобиль с массой 0,05 кг больше, чем объем воды, вытесненный на 0,03 кг. Это соответствует тому, что мы наблюдаем: автомобиль затонул.
рекламное объявление