Hvordan beregne oppdrift: 12 trinn (med foto) - Tips

Måter å beregne flytende kraft på - Tips

Innhold

Fremgangsmåte
Råd
Hva trenger du

Flytende kraft er kraften som virker på en gjenstand nedsenket i væske i motsatt retning av tyngdekraften. Når en gjenstand plasseres i en væske, skyver gjenstandens vekt ned væsken (væske eller gass) mens oppdriften skyver gjenstanden oppover, i motsatt retning av tyngdekraften. Generelt kan denne oppdriften beregnes ved hjelp av ligninger F_b = V_S × D × g, der F_b er oppdriften, V_S er volumet av den nedsenkete delen, D er tettheten av væsken som omgir objektet, og g er tyngdekraften. For å lære å bestemme oppdrift av et objekt, begynn med trinn 1 nedenfor.

Fremgangsmåte

Metode 1 av 2: Bruk flytende kraftligning

Finn volumet den nedsenkete delen av objektet. Oppdriften som virker på objektet er direkte korrelert med den nedsenkede volumdelen av gjenstanden. Med andre ord, jo større vasken del av en solid kropp, jo sterkere oppdrift virker på den. Det vil si at selv om gjenstanden er helt nedsenket i væsken, virker det fremdeles oppdrift på den. For å begynne å beregne oppdriftskraften som virker på et objekt, er det første trinnet vanligvis å bestemme volumvolumet som er dynket i væsken. I ligningen for den flytende kraften, må denne verdien skrives i m.
- For et objekt som er helt nedsenket i væsken, vil volumet som er nedsenket være lik volumet på selve objektet. For supernatanten av væsken, tar vi bare i betraktning volumfraksjonen under overflaten av væsken.
- La oss for eksempel si at vi vil finne oppdriften som virker på en gummikule som flyter i vann. Hvis ballen er en perfekt kule 1 m i diameter og den flyter med nøyaktig halvparten nedsenket, kan vi finne volumet til den nedsenkete delen ved å beregne volumet på hele ballen og dele den i to. Siden kulevolumet er (4/3) π (radius), har vi kulevolumet som skal være (4/3) π (0,5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = 0,262 m ble senket.
Finn tettheten til væsken. Det neste trinnet for å finne flytende kraft er å bestemme tettheten (i kg / m) av den omkringliggende væsken. Tetthet er en størrelse målt ved forholdet mellom massen til en materie eller materie og dens tilsvarende volum. For to objekter med like volum vil objektet med høyere tetthet være tyngre. Den generelle tommelfingerregel er at jo høyere tettheten til en væske er, desto større vil oppdriften ha på kroppen som synker i den. Med væsker er vanligvis den enkleste måten å bestemme tetthet gjennom referanser.
- I eksemplet ovenfor flyter ballen i vannet. Referansestudielitteratur forteller oss at vann har en spesifikk tetthet 1000 kg / m.
- Tetthet av mange vanlige væsker er gitt i teknisk litteratur. Du finner denne listen her.
Finn tyngdekraften (eller en annen kraft i nedoverretningen). Enten en gjenstand synker eller flyter i en væske, er den alltid under tyngdekraften. Faktisk handler denne nedadgående kraftkonstanten om 9,81 Newton / kg. I tilfeller der det er en annen kraft som virker på væsken og kroppen synker i den, for eksempel den radiale kraften, må vi også ta i betraktning denne kraften når vi beregner den totale "nedadgående" kraften for hele systemet.
- I eksemplet ovenfor, hvis vi har et normalt statisk system, kan det antas at den eneste nedadgående kraften som virker på væsken og kroppen er standard tyngdekraften - 9,81 Newton / kg.
Multipliser volum etter tetthet og tyngdekraft. Når du har verdiene for objektvolumet (i m), væsketettheten (i kg / m) og tyngdekraften (eller Newton / Kilogram-systemets nedadgående kraft), blir det lett å finne oppdrift. . Bare tredoble disse for å finne den flytende kraften i Newtons.
- Løs eksempelproblemet ved å koble verdiene til ligningen F_b = V_S × D × g. F_b = 0,262 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 2.570 Newton. De andre enhetene ville utslette hverandre, og bare etterlate Newton-enheten.
Bestem om objektet er flytende eller ikke ved å sammenligne med tyngdekraften. Ved å bruke ligningen for oppdrift vil du enkelt finne kraften som skyver objektet ut av væsken. Du kan imidlertid også bestemme om materialet flyter eller synker i væsken hvis du tar ett ekstra trinn. Finn den flytende kraften som virker på hele kroppen (det vil si bruke hele volumet av kropp V_S), finn deretter tyngdekraften som tiltrekker objektet ved ligningen G = (objektets masse) (9,81 m / s). Hvis den flytende kraften er større enn tyngdekraften, vil objektet flyte. På den annen side, hvis tyngdekraften er større, vil objektet synke. Hvis disse to kreftene er like, så sier vi tingen suspendert.
- En hengende gjenstand vil ikke flyte over vann eller synke til bunnen mens den er i vann. Det vil bli suspendert i væsken mellom overflaten og bunnen.
- La oss for eksempel si at vi vil vite om en 20 kg sylindrisk trekasse med en diameter på 0,75 meter og en høyde på 1,25 meter kan flyte i vann. Vi må utføre flere trinn for dette problemet:
  - Den første er å finne volum ved å bruke formelen for sylindervolum V = π (radius) (høyde). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.
  - Deretter, forutsatt at vi kjenner standard tyngdekraften og tettheten til vannet, løser vi den flytende kraften som virker på fatet. 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 5.395,5 Newton.
  - Nå må vi finne tyngdekraften som virker på trekassen. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196.2 Newton. Dette resultatet er mye mindre enn oppdriftskraften, så fatet vil flyte.
Bruk samme beregning når væsken er en gass. Når du løser problemer med oppdrift, ikke glem at væsken ikke trenger å være en væske. Gasser er også kjent som væsker, selv om de har en veldig liten tetthet i forhold til andre typer materier, og gass kan fortsatt avvise noen av de flytende gjenstandene i den. Heliumboblen er beviset på dette. Siden helium i en boble er lettere enn væsken rundt den (luft), vil boblen fly bort! annonse

Metode 2 av 2: Utfør enkelt eksperiment på flytende kraft

Legg en liten bolle i en større. Med bare noen få gjenstander i huset, vil du enkelt se effekten av oppdrift i praksis. I dette eksperimentet viser vi at når et objekt er nedsenket, vil det lide av effekten av oppdriften, fordi den tar stedet for mengden væske som er lik volumet til den nedsenkete gjenstanden. I løpet av eksperimentet viser vi også hvordan man finner den flytende kraften til objektet i praksis. Først plasserer du en liten beholder uten lokk, for eksempel en bolle eller en kopp, i en større beholder som en stor bolle eller en bøtte med vann.
Fyll en liten, kant til kant beholder med vann. Du må helle vannet nær kanten uten å søle det. Vær forsiktig på dette trinnet! Hvis du lar vannet renne over, må du tømme den store beholderen helt og starte på nytt.
- For dette eksperimentet antar vi at vannet har en tetthet på 1000 kg / m. Med mindre du bruker saltlake eller en helt annen væske, har de fleste vann en tetthet nær denne referanseverdien, slik at resultatene ikke blir påvirket.
- Hvis du har en dropper, kan du bruke den til å dryppe vann i den indre beholderen slik at vannstanden er opp til kanten.
Senk en liten gjenstand. Deretter ser du etter en gjenstand som passer komfortabelt i en liten beholder uten vannskader. Finn vekten i kilo til dette objektet (du bør bruke skalaen til avlesningen i gram og deretter konvertere den til kilo). Trykk sakte gjenstanden i vannet uten å bli fingeren våt til den begynner å flyte eller du knapt holder den, og slipp deretter gjenstanden. Du bør se at noe søler ut over kanten av den indre beholderen og inn i den ytre beholderen.
- For dette eksempelet, la oss si at vi presser en 0,05 kg lekebil i den indre beholderen. Vi trenger ikke å vite volumet på bilen for å beregne oppdriften, som vi vet i neste trinn.
Samle og måle vannoverløpet. Når du presser en gjenstand i vannet, tar den stedet for litt vann - ellers er det ikke plass for deg å dyppe den i vannet. Når det skyver vann ut av stien, frastøter vannet og skaper oppdrift. Samle det sølte vannet fra den indre beholderen og hell det i den lille målebegeret. Volumet av vann i koppen skal være lik volumet til den nedsenkete gjenstanden.
- Med andre ord, hvis objektet flyter, vil volumet av vann som flyter over, være lik volumet av objektet som er nedsenket under vannoverflaten. Hvis objektet synker, vil volumet av vannoverløp være lik volumet til hele objektet.
Beregn mengden vann som søles. Siden du vet tettheten av vann og kan måle volumet av vann som flyter over i en målebeger, vil du beregne vannvolumet. Konverter volumet til m (en online enhetsomformer som denne kan hjelpe her) og multipliser den med tettheten av vann (1000 kg / m).
- I eksemplet ovenfor antar du at lekebilen er nedsenket i den indre beholderen og tar omtrent 2 ss (0,00003 m) vann. For å finne vannmassen, multipliser dette med tetthet: 1000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 kg.
Sammenlign volumet på fortrengt vann og gjenstandens masse. Nå som du kjenner massene til både det nedsenket og det fordrevne vannet, sammenlign disse to verdiene. Hvis gjenstandens masse er større enn volumet på vann som fortrenges, vil objektet synke. På den annen side, hvis volumet på det fortrengte vannvolumet er større, vil objektet flyte. Dette er prinsippet om oppdrift i praksis - for et flytende legeme må det forskyve en vannmasse som er større enn selve kroppen.
- Derfor er objekter som er lette, men store i volum, de beste flytende objektene. Denne egenskapen indikerer at hule gjenstander kan flyte veldig bra. La oss se på kanoen - den flyter godt fordi den er hul inni, så den kan ta opp mye vann, men massen er ikke for tung. Hvis kanoen var tykk inne, ville den ikke kunne flyte godt.
- I eksemplet ovenfor er et kjøretøy med en masse på 0,05 kg større enn et volum vann fortrengt med 0,03 kg. Dette er i tråd med det vi observerer: bilen har sunket.
annonse