Зміст

• Кроки
• Поради
• Необхідні матеріали

Тяга - це сила, яка діє в зворотному напрямку до напрямку тяжіння, що впливає на всі об'єкти, занурені в рідину. Коли предмет розміщений у рідині, його вага відштовхує рідину (рідину чи газ), тоді як плавуча сила штовхає предмет вгору, діючи проти сили тяжіння. Загалом, цю силу можна обчислити, використовуючи рівняння Ж_Б = V_с × D × g, де F_Б - плавуча сила, V_с - занурений об'єм, D - густина рідини, в яку занурений об'єкт, g - сила тяжіння. Щоб дізнатися, як визначити тягу об'єкта, див. Крок 1 для початку.

Кроки

Метод 1 із 2: Використання рівняння сили плавучості

1. 

   Знайдіть гучність зануреної частини об’єкта. Сила плавучої дії, що діє на об’єкт, прямо пропорційна об'єму зануреного об'єкта. Іншими словами, чим твердіший предмет, тим більша сила, що діє на нього. Це означає, що навіть предмети, що занурюються в рідину, мають силу, що їх штовхає вгору. Щоб почати обчислювати цю інтенсивність, перший крок - визначити об'єм предмета, який занурений. Для рівняння ця величина повинна бути в метрах.
   • Для об'єктів, які повністю занурені в рідину, занурений об'єм такий самий, як і об'єкт. Для тих, хто плаває на поверхні рідини, вважається лише об'єм нижче поверхні.
   • Як приклад, скажімо, що ми хочемо знайти плавучу силу, що діє на гумовий кульку, що плаває у воді. Якщо кулька є ідеальною сферою, діаметром один метр, і плаває навпіл у воді, ми можемо знайти об’єм зануреної частини, знайшовши загальний об’єм сфери і розділивши на два. Оскільки об'єм сфери задається (4/3) π (радіус), відомо, що у нас буде результат (4/3) π (0,5) = 0,524 метри. 0,524 / 2 = 0,262 метри занурений.

2. 

   
   
   Знайдіть щільність вашої рідини. Наступним кроком у процесі пошуку плавучої сили є визначення щільності (у кілограмах / метр), яку об’єкт занурює. Щільність - це міра предмета або відносної ваги речовини за об'ємом. Враховуючи два об’єкти однакового об’єму, той, який має найбільшу щільність, важить найбільше. Як правило, чим більша густина рідини, тим більша плавуча сила вона чинить. За допомогою рідин зазвичай простіше визначити щільність, переглянувши довідкові матеріали.
   • У нашому прикладі куля плаває у воді. Консультуючись з академічною силою, ми можемо виявити, що густина води приблизно 1000 кілограмів / метр.
   • Густини інших загальних рідин перераховані в інженерних джерелах. Такий список можна знайти тут.

3. 

   
   
   Знайдіть силу тяжіння (або іншу силу вниз). Незалежно від того, об’єкт плаває чи повністю занурений, він завжди піддається силі тяжіння. У реальному світі ця постійна сила дорівнює 9,81 ньютонів / кг. Однак у ситуаціях, коли інша сила, наприклад центрифуга, діє на рідину та занурений предмет, їх також слід враховувати для визначення загальної сили вниз.
   • У нашому прикладі, якщо ми маємо справу зі звичайною та нерухомою системою, можна припустити, що єдиною силою, що діє вниз, є сила тяжіння, згадана вище.
   • Однак що робити, якщо наш куля плавав у відрі з водою, крутившись з великою швидкістю по горизонтальному колу? У цьому випадку, якщо припустити, що відро крутиться досить швидко, щоб забезпечити падіння і води, і кулі, сила вниз у цій ситуації виходитиме з відцентрової сили, створеної рухом ковша, а не від сили тяжіння землі.

4. 

   
   
   Помножте об'єм × щільність × гравітація. Коли у вас є значення об’єму вашого предмета (у метрах), щільності вашої рідини (у фунтах / метрі) та сили тяжіння (або сили, що спадає у вашій системі), знайти плавучу силу легко. Просто помножте ці три величини, щоб знайти силу в ньютонах.
   • Розв’яжемо наш приклад, замінивши наші значення в рівняння F_Б = V_с × D × g. Ж_Б = 0,262 метра × 1000 кілограмів / метр × 9,81 ньютонів / кілограм = 2570 ньютонів.

5. 

   Дізнайтеся, чи плаває ваш об’єкт, порівнявши його із силою тяжіння. Використовуючи рівняння сили плавучості, легко знайти силу, яка виштовхує предмет з рідини, в яку він занурений. Однак, трохи більше працюючи, ви також можете визначити, чи буде предмет плавати чи тонути. Просто знайдіть плаваючу силу для об’єкта (іншими словами, використовуйте весь його об'єм як V_с), то знайдіть силу тяжіння за рівнянням G = (маса предмета) (9,81 метра / секунду). Якщо сила плаваючої сили більша, ніж сила тяжіння, предмет попливе. Але якщо сила тяжіння буде більшою, вона затопить. Якщо вони однакові, об'єкт кажуть як "нейтральний".
   • Наприклад, скажімо, ми хочемо знати, чи 20-кілограмова циліндрична дерев’яна бочка діаметром 0,75 метра та висотою 1,25 метра буде плавати у воді. Для цього потрібно зробити кілька кроків:
     • Його обсяг ми можемо знайти за формулою V = π (радіус) (висота). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 метра.
     • Після цього, припускаючи значення за замовчуванням сили тяжіння та густини води, ми можемо визначити плавучу силу в бочці. 0,55 метра × 1000 кілограмів / метр × 9,81 ньютонів / кілограм = 5395,5 ньютонів.
     • Тепер нам потрібно знайти силу тяжіння в бочці. G = (20 кг) (9,81 метра / секунду) = 196.2 ньютонів. Це набагато менше, ніж плавуча сила, тому ствол буде плавати.

6. 

   Використовуйте ту саму техніку, коли ваша рідина - це газ. Вирішуючи задачі на ріпо, пам’ятайте, що рідина не повинна бути рідиною. Гази також вважаються рідкими і, незважаючи на меншу щільність порівняно з іншими видами матеріалів, вони все ще можуть підтримувати вагу деяких предметів. Простий балон з гелієм - це підтвердження. Оскільки газ у балоні менш густий, ніж навколишня рідина, він плаває!

Метод 2 з 2: Проведення простого експерименту із поштовхом

1. 

   Помістіть невелику чашку або миску у більшу ємність. З деякими домашніми предметами легко помітити принципи плавучості в дії! У цьому простому експерименті ми продемонструємо, що занурений об’єкт відчуває плавучість, оскільки він витісняє об'єм рідини, рівний об'єму зануреного об'єкта. Роблячи це, ми також демонструємо, як знайти живучу силу експерименту. Для початку помістіть невелику ємність, таку як миска або чашка, у більшу ємність, наприклад, більшу миску або відро.

2. 

   Наповніть ємність зсередини до краю. Потім заповніть більшу ємність водою. Ви хочете, щоб рівень води був над краєм, не перекидаючись. Будь обережний! Якщо ви розлите воду, спорожніть більшу ємність, перш ніж повторити спробу.
   • Для цього експерименту можна з упевненістю припустити, що вода має щільність води, має стандартне значення 1000 кілограмів / метр. Якщо ви не використовуєте солону воду або іншу рідину, більшість типів води мають щільність, близьку до еталонної.
   • Якщо у вас є крапельниця, це може бути дуже корисно перевірити рівень води у внутрішній ємності.

3. 

   Занурте невеликий предмет. Тепер знайдіть невеликий предмет, який поміститься всередині внутрішнього контейнера і не буде пошкоджений водою. Знайдіть масу цього предмета в кілограмах (для цього використовуйте шкалу). Потім, не намокаючи пальцями, занурте предмет у воду, поки він не почне плавати, або ви більше не зможете його тримати. Ви повинні помітити, як вода із внутрішнього контейнера розливається у зовнішній контейнер.
   • Для цілей нашого прикладу скажімо, що ми розміщуємо іграшковий візок масою 0,05 кг всередині внутрішньої ємності. Нам не потрібно знати об'єм автомобіля, щоб розрахувати тягу, як ми побачимо далі.

4. 

   Зберіть і відміряйте воду, яку ви пролили. Під час занурення предмета у воду відбувається зміщення води; якби цього не було, не було б місця йому потрапити у воду. Коли він виштовхує рідину, вода відштовхується назад, викликаючи тягу. Візьміть воду, яку ви пролили, і покладіть її в мірну чашку. Об'єм води повинен бути рівним об'єму зануреного.
   • Іншими словами, якщо ваш об’єкт пливе, об’єм води, яку ви розлиєте, буде дорівнює об’єму зануреного у воду об’єкта. Якщо ваш об'єкт тоне, об’єм води, яку він розливає, дорівнює об’єму всього об’єкта.

5. 

   Обчисліть масу розлитої води. Оскільки ви знаєте густину води і можете виміряти об'єм, що був розлитий, можна знайти масу. Просто перетворіть об'єм у метри (онлайн-інструмент перетворення, як той, що тут, може бути корисним) і помножити на щільність води (1000 кілограмів / метр).
   • У нашому прикладі скажімо, що наш візок затонув і перемістився приблизно на дві столові ложки (0,00003 метри).Щоб знайти масу води, множимо її на її густину: 1000 кілограмів / метрів × 0,00003 метри = 0,03 кілограми.

6. 

   Порівняйте зміщений об'єм із масою об'єкта. Тепер, коли ви знаєте занурену масу та переміщену масу, порівняйте їх, щоб побачити, яка більша. Якщо маса зануреного предмета у внутрішньому контейнері більша за зміщену водну масу, вона повинна бути просочена. Але якщо зміщена маса води більша за, об’єкт повинен був плавати. Це принцип плавучості; щоб об’єкт плавав, він повинен витісняти масу води, більшу, ніж об'єкт.
   • Все-таки об'єкти з меншою масою, але з більшими обсягами - це об'єкти, які найбільше плавають. Ця властивість означає, що порожнисті предмети плавають. Подумайте про каное; він плаває, тому що він порожнистий, тому може рухати багато води, не маючи великої маси. Якби каное було твердим, вони б не плавали добре.
   • У нашому прикладі машина має масу 0,05 кг, більше води, що витісняється, на 0,03 кг. Це підтверджує наш результат: машина тоне.

Поради

• Використовуйте шкалу, яка може бути нульовою після кожного читання, щоб допомогти отримати точні вимірювання.

Необхідні матеріали

• Маленька чашка або миска
• Велика миска або відро
• Невеликий предмет для занурення (як гумовий кулька)
• Мірний стаканчик