Hvernig á að reikna út flot: 12 skref (með mynd) - Ábendingar

Leiðir til að reikna út fljótandi afl - Ábendingar

Efni.

Skref
Ráð
Það sem þú þarft

Fljótandi kraftur er sá kraftur sem verkar á hlut sem er á kafi í vökva í gagnstæða átt við þyngdaraflið. Þegar hlut er settur í vökva ýtir þyngd hlutar vökvanum niður (vökvi eða gas) en flotið ýtir hlutnum upp á við, í þveröfuga átt. Almennt er hægt að reikna þetta flot með jöfnum F_b = V_S × D × g, þar sem F_b er flotið, V_S er rúmmál kafans, D er þéttleiki vökvans sem umlykur hlutinn og g er þyngdaraflið. Til að læra hvernig á að ákvarða flot hlutar skaltu byrja á skrefi 1 hér að neðan.

Skref

Aðferð 1 af 2: Notaðu jöfnuna með fljótandi afli

Finndu hljóðstyrkinn kafinn hluti hlutarins. Flotið sem verkar á hlutinn er í beinu samhengi við kafa rúmmálshluta hlutarins. Með öðrum orðum, því stærri vaskur solids líkama, því sterkari virkar flotið á það. Það er, jafnvel þótt hluturinn sé alveg á kafi í vökvanum, þá er ennþá flotverk sem virkar á það. Til að byrja að reikna út flotkraftinn sem verkar á hlut er fyrsta skrefið venjulega að ákvarða rúmmál rúmmálsins sem er í bleyti í vökvanum. Í jöfnu fyrir fljótandi afl verður að skrifa þetta gildi í m.
- Fyrir hlut sem er alveg á kafi í vökvanum mun rúmmálið til að sökkva vera jafn rúmmál hlutarins sjálfs. Fyrir flotið í vökvanum töldum við aðeins rúmmálsbrotið undir yfirborði vökvans.
- Við skulum til dæmis segja að við viljum finna flotið virkar á gúmmíkúlu sem svífur í vatni. Ef kúlan er fullkomin kúla 1 m í þvermál og hún svífur með nákvæmlega annan helminginn á kafi, getum við fundið rúmmál kafa í hlutanum með því að reikna rúmmál alls kúlunnar og deila því í tvennt. Þar sem rúmmál kúlunnar er (4/3) π (radíus) höfum við rúmmál kúlunnar til að vera (4/3) π (0,5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = 0,262 m var sökkt.
Finndu þéttleika vökvans. Næsta skref til að finna fljótandi afl er að ákvarða þéttleika (í kg / m) vökvans í kring. Þéttleiki er stærð sem mælt er með hlutfalli massa efnis eða efnis og samsvarandi rúmmáls. Með tveimur hlutum með jöfnum rúmmáli verður hluturinn með meiri þéttleika þyngri. Almenna þumalputtareglan er sú að því meiri sem þéttleiki vökva er, því meiri flot mun hafa á líkamann sem sekkur í honum. Með vökva er venjulega auðveldasta leiðin til að ákvarða þéttleika með tilvísunum.
- Í dæminu hér að ofan svífur boltinn í vatninu. Tilvísun í rannsóknarbókmenntir segir okkur að vatn hafi sérstakan þéttleika 1.000 kg / m.
- Þéttleiki margra algengra vökva er gefinn upp í tæknibókmenntunum. Þú getur fundið þennan lista hér.
Finndu þyngdarafl (eða annan kraft í niður átt). Hvort sem hlutur sekkur eða flýtur í vökva, þá er hann alltaf beittur þyngdaraflinu. Reyndar snýst þessi fasti niður á við um það bil 9,81 Newton / kíló. En í tilfellum þar sem annar kraftur verkar á vökvann og líkaminn sökkar í hann eins og geislakrafturinn verðum við einnig að huga að þessum krafti þegar við reiknum út heildarkraftinn „niður á við“ fyrir allt kerfið.
- Í dæminu hér að ofan, ef við erum með venjulegt kyrrstöðukerfi, þá má gera ráð fyrir að eini krafturinn sem hefur áhrif á vökvann og líkamann sé venjulegur þyngdarafl - 9,81 Newton / kíló.
Margfaldaðu rúmmál með þéttleika og þyngdarafl. Þegar þú hefur gildin fyrir hlutamagnið (í m), vökvaþéttleikann (í kg / m) og þyngdaraflið (eða niður á við Newton / Kilogram kerfið) verður auðvelt að finna fljótandi afl. . Einfaldlega þrefalt þetta til að finna fljótandi afl í Newtons.
- Leysið dæmið með því að stinga gildunum í jöfnuna F_b = V_S × D × g. F_b = 0.262 m × 1.000 kg / m × 9.81 N / kg = 2.570 Newton. Hinar einingarnar myndu tortíma hvor annarri og skilja aðeins eftir Newton eininguna.
Ákveðið hvort hluturinn sé fljótandi eða ekki með því að bera saman við þyngdaraflið. Með því að nota jöfnuna fyrir flot, finnur þú auðveldlega kraftinn sem ýtir hlutnum úr vökvanum. Þú getur þó einnig ákvarðað hvort efnið flýtur eða sekkur í vökvanum ef þú tekur eitt skref til viðbótar. Finndu flotkraftinn sem virkar á allan líkamann (það er að nota allt rúmmál líkama V_S), finndu síðan þyngdaraflið sem laðar að hlutinn með jöfnunni G = (massi hlutarins) (9,81 m / s). Ef flotkrafturinn er meiri en þyngdaraflið mun hluturinn fljóta. Á hinn bóginn, ef þyngdaraflið er meira þá mun hluturinn sökkva. Ef þessir tveir kraftar eru jafnir segjum við hlutinn frestað.
- Upphengdur hlutur mun ekki fljóta yfir vatni eða sökkva til botns meðan hann er í vatni. Það verður svifað í vökvanum milli yfirborðs og botns.
- Við skulum til dæmis segja að við viljum vita hvort 20 kg sívalur trékassi með þvermál 0,75 metrar og 1,25 metra hæð geti flotið í vatni. Við verðum að framkvæma nokkur skref vegna þessa vandamáls:
  - Það fyrsta er að finna rúmmál með því að nota formúluna fyrir strokka rúmmál V = π (radíus) (hæð). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.
  - Því næst, að því gefnu að við vitum staðalþyngd og þéttleika vatnsins, leysum við fyrir fljótandi kraft sem verkar á tunnuna. 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 5.395,5 Newton.
  - Nú verðum við að finna þyngdaraflið sem virkar á trékassann. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196.2 Newton. Þessi niðurstaða er mun minni en flotkrafturinn, þannig að tunnan mun fljóta.
Notaðu sömu útreikning þegar vökvinn er gas. Þegar þú leysir vandamál varðandi flot, ekki gleyma að vökvinn þarf ekki að vera vökvi. Lofttegundir eru einnig þekktar sem vökvi þrátt fyrir að þeir hafi mjög lítinn þéttleika miðað við aðrar tegundir efnis og gas getur enn hrindið sumum fljótandi hlutum í því. Helíumbólan er sönnun þess. Þar sem helíum í kúlu er léttara en vökvinn í kringum hana (loft) mun kúla fljúga burt! auglýsing

Aðferð 2 af 2: Gerðu einfalda tilraun á fljótandi afli

Settu litla skál í stærri. Með örfáum hlutum í húsinu sérðu auðveldlega áhrif flotkraftsins í reynd. Í þessari tilraun sýnum við fram á að þegar hlutur er á kafi mun hann þjást af flotkraftinum vegna þess að hann tekur sæti vökvamagnsins sem er jafnt rúmmáli hlutarins í kafi. Í því ferli að gera tilraunir sýnum við einnig hvernig á að finna fljótandi afl hlutarins í reynd. Fyrst setur þú lítið, loklaust ílát, svo sem skál eða bolla, í stærra ílát eins og stóra skál eða vatnsfötu.
Fylltu lítið ílát, kant frá kanti, með vatni. Þú verður að hella vatninu nálægt brúninni án þess að hella niður. Vertu varkár í þessu skrefi! Ef þú lætur vatnið flæða yfir verður þú að tæma stóra ílátið alveg og byrja upp á nýtt.
- Fyrir þessa tilraun gerum við ráð fyrir að vatn hafi þéttleika 1000 kg / m. Nema þú notir saltvatn eða allt annan vökva hafa flest vötn þéttleika nálægt þessu viðmiðunargildi svo niðurstöðurnar verða ekki fyrir áhrifum.
- Ef þú ert með dropatæki geturðu notað það til að dreypa vatni í innri ílátið svo vatnsborðið sé upp að brúninni.
Sökkva litlum hlut. Næst skaltu leita að hlut sem passar þægilega í litlu íláti án vatnsskemmda. Finndu þyngdina í kílóum af þessum hlut (þú ættir að nota kvarðann til að lesa í grömmum og breyta því síðan í kíló). Ýttu síðan hlutnum hægt í vatnið án þess að bleyta fingurinn þangað til hann byrjar að fljóta eða þú getur varla haldið í honum og slepptu hlutnum síðan. Þú ættir að sjá vatn leka yfir brún innri ílátsins í ytri ílátið.
- Við skulum segja að við séum að pressa 0,05 kg leikfangabíl í innra ílát hans. Við þurfum ekki að vita rúmmál bílsins til að reikna út flotið eins og við munum vita í næsta skrefi.
Safnaðu og mæltu vatnsflæðið. Þegar þú þrýstir hlut í vatnið tekur það stað vatnsins - annars er ekkert pláss fyrir þig til að sökkva því niður í vatnið. Þegar það ýtir vatni úr stígnum hrindir vatnið frá sér og skapar flot. Safnaðu vatninu sem lekið var úr innra ílátinu og helltu því í litla mælibollann. Rúmmál vatns í bikarnum ætti að vera jafnt rúmmáli hlutarins í kafi.
- Með öðrum orðum, ef hluturinn flýtur, mun rúmmál vatns sem flæðir yfir vera jafnt rúmmáli hlutarins á kafi undir yfirborði vatnsins. Ef hluturinn sekkur verður rúmmál vatnsflæðisins jafnt og rúmmál alls hlutarins.
Reiknaðu magn vatns sem helltist út. Þar sem þú veist um þéttleika vatns og getur mælt rúmmál vatns sem flæðir yfir í mælibolla, reiknarðu út rúmmál vatns. Breyttu rúmmálinu í m (breytir á netinu eins og þessi getur hjálpað hér) og margfalt það með þéttleika vatns (1.000 kg / m).
- Í dæminu hér að ofan, gerðu ráð fyrir að leikfangabíllinn sé á kafi í innri ílátinu og tekur um það bil 2 matskeiðar (0,00003 m) af vatni. Til að finna massa vatnsins, margfaldaðu þetta með þéttleika: 1.000 kg / m × 0.00003 m = 0,03 kg.
Berðu saman rúmmál vatnsins sem er á flótta og massi hlutarins. Nú þegar þú þekkir massana bæði á vatninu sem er á kafi og á flóttanum skaltu bera saman þessi tvö gildi. Ef massi hlutarins er meiri en rúmmál vatnsins sem er á flótta mun hluturinn sökkva. Á hinn bóginn, ef rúmmál vatnsins sem er á flótta er meira þá mun hluturinn fljóta. Þetta er meginreglan um flot í reynd - fyrir fljótandi líkama verður það að taka meiri vatnsmassa en massi líkamans sjálfs.
- Þess vegna eru hlutir sem eru léttir en stórir að rúmmáli bestu fljótandi hlutirnir. Þessi eiginleiki gefur til kynna að holir hlutir geti flotið mjög vel. Lítum á kanóinn - hann svífur vel vegna þess að hann er holur að innan, svo hann getur tekið mikið vatn en massinn er ekki of þungur. Ef kanóinn var þykkur að innan gæti hann ekki flotið vel.
- Í dæminu hér að ofan er ökutæki með massann 0,05 kg meira en vatnsrúmmálið sem er flutt um 0,03 kg. Þetta er í takt við það sem við sjáum: bíllinn hefur sokkið.
auglýsing