Ujuvuse arvutamine: 12 sammu (fotoga) - Vihjeid

Sisu

Sammud
Nõuanne
Mida sa vajad

Ujuv jõud on jõud, mis mõjub vedelikule sukeldatud objektile gravitatsiooni vastassuunas. Kui ese asetatakse vedelikku, surub eseme kaal vedelikku (vedelikku või gaasi) alla, samal ajal kui ujuvus surub objekti ülespoole, raskusjõu vastassuunas. Üldiselt saab seda ujuvust võrrandite abil arvutada F_b = V_S × D × g, milles F_b on ujuvus, V_S on sukeldatud osa maht, D on objekti ümbritseva vedeliku tihedus ja g on raskusjõud. Objekti ujuvuse määramiseks õppige allpool 1. sammust.

Sammud

1. meetod 2-st: kasutage ujuva jõu võrrandit

Leidke helitugevus objekti sukeldatud osa. Objektile mõjuv ujuvus on otseses korrelatsioonis objekti sukeldatud mahuosaga. Teisisõnu, mida suurem on tahke keha valamu, seda tugevam on ujuvus sellele. See tähendab, et isegi kui objekt on vedelikku täielikult sukeldunud, mõjub sellele siiski ujuvus. Objektile mõjuva ujuvusjõu arvutamise alustamiseks on esimene samm tavaliselt vedelikus leotatud ruumala mahu kindlaksmääramine. Ujuva jõu võrrandis tuleb see väärtus kirjutada meetrites.
- Vedelikusse täielikult uppunud eseme puhul võrdub uppunud maht objekti enda mahuga. Vedeliku supernatandi puhul võtame arvesse ainult vedeliku pinnast madalamat mahuosa.
- Oletame näiteks, et tahame leida ujuvust, mis mõjub vees hõljuvale kummipallile. Kui pall on täiuslik kera, mille läbimõõt on 1 m ja see hõljub täpselt ühe poolega vee all, võime leida uputatud osa mahu, arvutades kogu palli mahu ja jagades selle pooleks. Kuna sfääri maht on (4/3) π (raadius), on palli maht olema (4/3) π (0,5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = 0,262 m uputati.
Leidke vedeliku tihedus. Järgmine samm ujuva jõu leidmisel on ümbritseva vedeliku tiheduse (kg / m) määramine. Tihedus on suurus, mida mõõdetakse aine või aine massi ja selle vastava mahu suhtega. Kahe võrdse mahuga objekti puhul on suurema tihedusega objekt raskem. Üldine rusikareegel on see, et mida suurem on vedeliku tihedus, seda suurem on ujuvus kehasse, mis selles vajub. Vedelike kasutamisel on tiheduse määramiseks tavaliselt kõige lihtsam viited.
- Ülaltoodud näites hõljub pall vees. Teatmekirjandus ütleb meile, et veel on eritihedus 1000 kg / m.
- Paljude tavaliste vedelike tihedus on toodud tehnilises kirjanduses. Selle loendi leiate siit.
Leidke raskusjõud (või mõni muu jõud allapoole). Ükskõik, kas ese vajub või hõljub vedelikus, on see alati raskusjõu all. Tegelikult on see allapoole suunatud jõukonstant umbes 9,81 njuutonit kilogrammi kohta. Kui aga vedelikule ja selles vajuvale kehale mõjub veel üks jõud, näiteks radiaaljõud, peame kogu süsteemi "allapoole suunatud" jõu arvutamisel arvestama ka selle jõuga.
- Kui meil on normaalne staatiline süsteem, võib ülaltoodud näites eeldada, et ainus vedelikku ja keha mõjutav allapoole suunatud jõud on standardne raskusjõud - 9,81 njuutonit kilogrammi kohta.
Korrutage maht tiheduse ja raskusjõuga. Kui teil on objekti mahu (meetrites), vedeliku tiheduse (kg / m) ja raskusjõu (või süsteemi Newton / Kilogrammi allapoole jõud) väärtused, muutub hõljuva jõu leidmine lihtsaks. . Newtonites hõljuva jõu leidmiseks lihtsalt kolmekordistage need.
- Lahendage näite ülesanne, ühendades väärtused võrrandisse F_b = V_S × D × g. F_b = 0,262 m × 1 000 kg / m × 9,81 N / kg = 2570 njuutonit. Ülejäänud üksused hävitaksid üksteise, jättes alles ainult Newtoni üksuse.
Tehke kindlaks, kas objekt ujub või mitte, võrreldes gravitatsiooniga. Kasutades ujuvuse võrrandit, leiate hõlpsalt jõu, mis objekti vedelikust välja surub. Siiski saate ka ühe täiendava sammu tehes kindlaks teha, kas materjal hõljub või vajub vedelikus. Leidke kogu kehale mõjuv hõljuv jõud (st kasutage kogu keha V mahtu_S), siis leidke gravitatsioon, mis objekti meelitab võrrandiga G = (objekti mass) (9,81 m / s). Kui ujuv jõud on raskusjõust suurem, siis objekt hõljub. Teisest küljest, kui raskusjõud on suurem, siis objekt vajub. Kui need kaks jõudu on võrdsed, siis me ütleme asja peatatud.
- Rippuv ese ei hõlju vee kohal ega vaju vees olles põhja. See suspendeeritakse pinna ja põhja vahelises vedelikus.
- Oletame näiteks, et tahame teada, kas 20 kg silindrikujuline puidust kast, mille läbimõõt on 0,75 meetrit ja kõrgus 1,25 meetrit, võib vees hõljuda. Peame selle probleemi jaoks tegema mitu sammu:
  - Esimene on helitugevuse leidmine, kasutades silindri mahu valemit V = π (raadius) (kõrgus). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.
  - Järgmisena, eeldades, et tunneme standard gravitatsiooni ja vee tihedust, lahendame tünnile mõjuva ujuva jõu jaoks. 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 5395,5 Newton.
  - Nüüd peame leidma puidust kastile mõjuva raskusjõu. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196,2 Newton. See tulemus on palju väiksem kui ujuvusjõud, nii et tünn ujub.
Kasutage sama arvutust, kui vedelik on gaas. Ujuvusega seotud probleemide lahendamisel ärge unustage, et vedelik ei pea olema vedelik. Gaase tuntakse ka kui vedelikke, kuigi nende tihedus on teist tüüpi ainetega võrreldes väga väike ja gaas suudab siiski osa selles sisalduvatest hõljuvatest objektidest tõrjuda. Heeliumimull on selle tõestuseks. Kuna mullis olev heelium on kergem kui seda ümbritsev vedelik (õhk), lendab mull minema! reklaam

2. meetod 2-st: tehke hõljuva jõuga lihtne katse

Pange väike kauss suuremasse. Kui majas on vaid mõned esemed, näete hõlpsasti ujumise mõju praktikas. Selles katses näitame, et kui objekt on vee alla sattunud, kannatab see ujuvuse mõju, sest see võtab vedeliku hulga, mis on võrdne sukeldatud objekti mahuga, koha. Katsete tegemise käigus näitame ka seda, kuidas objekti hõljuv jõud praktikas üles leida. Kõigepealt asetage väike korkita anum, näiteks kauss või tass, suuremasse anumasse, näiteks suurde kaussi või ämbrisse.
Täitke väike, servast servani mahuti veega. Vesi tuleb valada serva lähedale, ilma et seda valaks. Olge selles etapis ettevaatlik! Kui lasete veest üle voolata, peate suure mahuti täielikult tühjendama ja otsast alustama.
- Selle katse jaoks eeldame, et vee tihedus on 1000 kg / m. Kui te ei kasuta soolvett ega täiesti erinevat vedelikku, on enamiku vete tihedus selle kontrollväärtuse lähedal, nii et tulemusi see ei mõjuta.
- Kui teil on tilguti, saate selle abil tilgutada vett sisemisse anumasse, nii et veetase oleks kuni servani.
Kastke väike ese. Järgmisena otsige ese, mis mahuks mugavalt väikesesse anumasse, ilma veekahjustusteta. Leidke selle objekti kaal kilogrammides (lugemiseks tuleks kasutada skaalat grammides ja teisendada see seejärel kilogrammidesse). Seejärel suruge objekt aeglaselt vette, ilma et näpp märjaks saaks, kuni see hakkab hõljuma või te ei suuda seda vaevu hoida, ja laske siis objekt lahti. Peaksite nägema, et sisemise anuma servast väljus mahuti vett.
- Oletame, et vajutame selle sisemisse anumasse 0,05 kg kaaluvat mänguautot. Ujuvuse arvutamiseks ei pea me teadma auto mahtu, nagu teame järgmises etapis.
Koguge ja mõõtke vee ülevool. Kui vajutate mõnda eset vette, võtab see mõne vee koha - vastasel juhul pole teil ruumi selle vette sukeldamiseks. Kui see tõugab teelt välja vee, tõrjub vesi ja loob ujuvuse. Koguge mahavoolanud vesi sisemisest anumast ja valage see väikesesse mõõtetopsi. Tassi vee maht peaks olema võrdne sukeldatud eseme mahuga.
- Teisisõnu, kui objekt ujub, on ülevoolava vee maht võrdne veepinna alla uppunud objekti mahuga. Kui objekt vajub, on vee ülevoolu maht võrdne kogu objekti mahuga.
Arvutage välja valgunud vee kogus. Kuna teate veetihedust ja saate mõõdetopsis ülevoolava vee mahtu mõõta, arvutate veemahu. Teisendage helitugevus meetriks (siin võib aidata selline online-ühikuteisendaja) ja korrutage see vee tihedusega (1 000 kg / m).
- Eeldame, et ülaltoodud näites on mänguauto uputatud sisemisse anumasse ja see võtab umbes 2 supilusikatäit (0,00003 m) vett. Vee massi leidmiseks korrutage see tihedusega: 1 000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 kg.
Võrrelge ümberasustatud vee mahtu ja objekti massi. Nüüd, kui teate nii vee alla jäänud kui ka ümberasustatud vee masse, võrrelge neid kahte väärtust. Kui objekti mass on suurem kui tõrjutud vee maht, vajub objekt ära. Teisalt, kui ümberasustatud veekoguse maht on suurem, siis objekt hõljub. See on praktikas ujuvuse põhimõte - ujuva keha jaoks peab see välja tõrjuma veemassi, mis on suurem kui keha enda mass.
- Seega on kerged, kuid mahult suured objektid kõige paremini hõljuvad. See omadus näitab, et õõnsad esemed võivad väga hästi hõljuda. Heidame pilgu kanuule - see hõljub hästi, kuna on seest õõnes, nii et see võib võtta palju vett, kuid mass pole liiga raske. Kui kanuu oleks seest paks, ei saaks ta hõljuda.
- Ülaltoodud näites on sõiduk, mille mass on 0,05 kg, suurem kui 0,03 kg ümberpaigutatud veekogus. See on kooskõlas sellega, mida jälgime: auto on vajunud.
reklaam