Hoe om drijfvermogen te bereken

Buigbaarheid is die krag wat in die teenoorgestelde rigting tot swaartekrag optree en dit raak alle voorwerpe wat in `n vloeistof ondergedompel word. Wanneer `n voorwerp in `n vloeistof geplaas word, stoot die gewig van die voorwerp die vloeistof (vloeistof of gas) afwaarts terwyl die opwaartse beweging die voorwerp opwaarts stoot, wat teen swaartekrag optree. In algemene terme kan hierdie opwinding met die vergelyking bereken word
F_b

conținut

Stappe
Metode 1gebruik die opwaartse vergelyking
Metode 2doen `n eenvoudige opwaartse eksperiment
Wenke
Dinge wat jy nodig het

= V_s x D x g, waar F_b dit is buoyancy, V_s is die volume van die ondergedompelde deel van die voorwerp, D is die digtheid van die vloeistof waarin die voorwerp ondergedompel is en g die swaartekrag. Om te leer hoe om die opwaartsheid van `n voorwerp te bepaal, lees stap 1 hieronder om te begin.

stappe

Metode 1
Gebruik die opwaartse vergelyking

Prent getiteld Bereken drijfvermogen Stap 1

Vind die volume van die ondergedompelde deel van die voorwerp. Die drijfvermogen wat op `n voorwerp optree, is direk eweredig aan die volume van die deel van die voorwerp wat ondergedompel word. Met ander woorde, solank `n groter deel van `n soliede voorwerp onderdompel word, sal die opwaartse drijfveer groter wees. Dit beteken dat selfs voorwerpe wat in `n vloeistof sink, `n dryfkrag het wat hulle stoot. Om te begin met die berekening van die dryfvermoë wat op `n voorwerp optree, moet u eerste stap gewoonlik die volume van die voorwerp wat in die vloeistof ondergedompel word, bepaal. Vir die opwaartse vergelyking moet hierdie waarde in m wees.

Vir voorwerpe wat heeltemal onder die vloeistof val, sal die ondergedompelde volume gelyk wees aan die volume van enige voorwerp. Vir voorwerpe wat op die oppervlak van `n vloeistof vloei, sal slegs die volume van die deel onder die oppervlak van die vloeistof oorweeg word.
Byvoorbeeld, laat ons sê dat ons die dryfkrag wil vind wat op `n rubberbal in die water sweef. As die bal is `n perfekte sfeer met `n deursnee van 1 meter en onder die water dryf in die water presies halfpad, kan ons die volume van die onderwater deel van die vind van die volume van die hele bal en deel deur twee vind. Sedert die volume van `n sfeer is (4/3) π (radio), weet ons dat die volume van ons bal is (4/3) π (0.5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = 0.262 m ondergedompel.

Prent getiteld Bereken drijfvermogen Stap 2

Vind die digtheid van die vloeistof. Die volgende stap in die proses om drijfvermogen te vind, is om die digtheid (in kg / m) van die vloeistof waarin die voorwerp onderdompel is, te definieer. Digtheid is `n maatstaf van die gewig van `n voorwerp of stof in verhouding tot die volume daarvan. Gegewe twee voorwerpe van gelyke volume, sal die voorwerp met die hoogste digtheid meer weeg. As `n algemene reël, hoe groter die digtheid van die vloeistof waarin `n voorwerp onder water is, hoe groter die dryfkrag. Met vloeistowwe is dit gewoonlik makliker om digtheid te bepaal deur bloot na verwysingsmateriale te kyk.

In ons voorbeeld dryf die bal in water. As ons `n akademiese bron raadpleeg, kan ons vind dat die water ongeveer `n digtheid het 1000 kg / m.

Die digtheid van baie ander algemene vloeistowwe word in ingenieurshulpbronne vervat. Een van hierdie lyste kan gevind word hier.

Prent getiteld Bereken drijfvermogen Stap 3

Vind die swaartekrag (of `n ander krag wat afneem). Of `n voorwerp sink of vlot in die vloeistof waarin dit ondergedompel is, is altyd onderworpe aan die swaartekrag. In die werklike wêreld is hierdie konstante afwaartse krag gelyk aan ongeveer 9,81 Newton / kg. In situasies waar `n ander krag, soos die sentrifuge, op die vloeistof optree en die voorwerp daarin ingedompel word, moet dit ook in ag geneem word om die krag wat afwaarts vir die hele stelsel afwerk, te bepaal.

In ons voorbeeld, as ons `n gewone en stilstaande stelsel hanteer, kan ons aanneem dat die enigste krag wat op die vloeistof en die voorwerp neerkom, die standaard krag van swaartekrag is, 9,81 Newton / kg.

Maar wat as die bal is swaai in `n emmer water om te swaai teen `n hoë spoed in `n horisontale sirkel? In hierdie geval, in die veronderstelling dat die skinkbord swaai vinnig genoeg om te verseker dat beide die water en die bal nie sal val, die krag afwaarts optree in hierdie situasie sou ontstaan as gevolg van die sentrifugale krag Cuvette skep die balans, nie van die erns van die aarde.

Prent getiteld Bereken buigsaamheid Stap 4

Vermenigvuldig die volume x die digtheid x die swaartekrag. As jy waardes het vir die volume van die voorwerp (in m), is die digtheid van die vloeistof (in kg / m) en die swaartekrag (of die krag wat in jou stelsel inwerk) `n maklike buiging. Vermenigvuldig hierdie drie hoeveelhede om drijfvermogen in Newton te vind.

Kom ons los ons voorbeeldprobleem op deur ons waardes in die vergelyking F in te voer_b = V_s x D x g.
F_b = 0.262 m x 1000 kg / m x 9.81 newton / kg = 2.570 Newton.

Prent getiteld Bereken drijfvermogen Stap 5

Vind of die voorwerp dryf deur dit met sy swaartekrag te vergelyk. Deur die opwaartse vergelyking te gebruik, is dit maklik om die krag te vind wat `n voorwerp op en uit die vloeistof waarin dit ondergedompel word, stoot. Met `n bietjie ekstra werk is dit egter ook moontlik om te bepaal of die voorwerp sal dryf of sink. Vind eenvoudig die dryfkrag vir die hele voorwerp (met ander woorde, gebruik die hele volume as die waarde van V_s) en vind dan die swaartekrag wat dit afdruk met die vergelyking G = (gewig van die voorwerp) (9.81 meter / sekonde). As die dryfkrag groter is as die swaartekrag, sal die voorwerp dryf. Aan die ander kant, as die swaartekrag groter is, sal dit sink. As hulle gelyk is, word gesê dat die voorwerp is neutraal swaai.

Byvoorbeeld, laat ons sê ons wil weet of `n silindriese houtvat van 20 kg met `n deursnee van 0,75 meter en `n hoogte van 1,25 meter in die water sal dryf. Dit sal verskeie stappe doen:

Ons kan sy volume vind met die formule vir die volume van `n silinder V = π (radius) (hoogte):
V = π (0.375) (1.25) = 0,55 m.

As ons dus `n gewone swaartekrag en water met `n gewone digtheid aanvaar, kan ons die opwaartse werking op die loop vind:
0,55 m x 1000 kg / m x 9,81 newton / kg = 5395.5 newton.

Nou moet ons die swaartekrag wat op die loop handel, vind:
G = (20 kg) (9.81 meter / sekonde) = 196,2 newton. Dit is veel minder as drijfvermogen, dus die vat sal dryf.

Prent getiteld Bereken drijfvermogen Stap 6

Gebruik dieselfde benadering wanneer die vloeistof `n gas is. Moenie vergeet dat die vloeistof waarin die voorwerp onder water is, nie noodwendig vloeibare moet wees as u probleme opdoen nie. Gasse tel ook as vloeistowwe en, hoewel hulle baie lae digthede het in vergelyking met ander soorte materie, kan hulle steeds die gewig van sekere voorwerpe wat daarin dryf, hou. `N Eenvoudige heliumballon is bewys hiervan. Omdat die gas binne-in die ballon minder dig is as die vloeistof rondom dit (die gewone lug), sal die ballon dryf!

Metode 2
Doen `n eenvoudige opwaartse eksperiment

Prent getiteld Bereken buigbaarheid Stap 7

Plaas `n klein bak of koppie in `n groter een. Met `n paar huishoudelike items, is dit maklik om die beginsels van drywing in aksie te onderhou! In hierdie eenvoudige eksperiment sal ons aantoon dat `n ondergedompelde voorwerp lewendheid ervaar omdat dit `n volume vloeistof verplaas wat gelyk is aan die volume van die ondergedompelde voorwerp. Deur dit te doen, sal ons ook demonstreer hoe om objektief die dryfvermoë van `n voorwerp met behulp van hierdie eksperiment te bepaal. Om te begin, plaas `n klein oop houer, soos `n bak of koppie, in `n groter houer, soos `n groot bak of emmer.

Prent getiteld Bereken buigbaarheid Stap 8

Vul die binneste houer na die rand. Vul die klein houer met water. Die watervlak moet die grootste deel van die houer bereik sonder om te mors. Wees versigtig in hierdie deel! As jy water spoel, moet jy die groter houer leegmaak voordat jy weer probeer.

Vir die doeleindes van hierdie eksperiment kan ons aanvaar dat die water `n standaarddigtheid van 1000 kg / m het. Tensy jy soutwater of `n heeltemal verskillende vloeistof gebruik, sal die meeste soorte water `n digtheid hê wat naby aan hierdie verwysingswaarde is, dat enige klein verskil die resultate nie sal verander nie.

As jy `n druppel byderhand het, kan dit baie handig wees om presies die water in die binneste houer te pas.

Prent getiteld Bereken drijfvermogen Stap 9

Dip `n klein voorwerp. Na die vorige stap, vind `n klein voorwerp wat die binneste houer binnekom en nie deur water beskadig word nie. Vind die gewig van hierdie voorwerp in kilogram (jy moet dalk `n skaal gebruik wat jou die gewig in gram kan gee en dit omskep in kilogram). Dan, sonder om jou vingers nat te maak, dompel die voorwerp stadig en deurlopend in die water totdat dit begin dryf of totdat jy dit skaars kan hou en dan los. U moet daarop let dat sommige van die water in die binneste houer oor die rand op die buitenste houer spoel.

Vir die doeleindes van hierdie voorbeeld, sê ons dat ons `n speelgoedmotor met `n gewig van 0.05 kg in die binneste houer onderdompel. Ons hoef nie die volume van hierdie motor te ken om sy dryfkrag te bereken nie, soos ons in die volgende stap sal sien.

Prent getiteld Bereken drijfvermogen Stap 10

Versamel en meet die water wat gemors is. As jy `n voorwerp in water onderdompel, verplaas dit van die water. As dit nie gedoen word nie, sal daar geen spasie wees om dit in die water te betree nie. Wanneer die voorwerp hierdie water uit die pad stoot, stoot die water dit terug, wat daartoe lei dat dit opwaarts is. Neem die water wat uit die binneste houer gespoel is en gooi dit in `n klein glasbeker. Die volume water in die beker moet gelyk wees aan die volume van die ondergedompelde voorwerp.

Met ander woorde, as die voorwerp dryf, sal die volume van die water wat gespoel is, gelyk wees aan die volume van die deel van die voorwerp wat onder die oppervlak van die water onder die water val. As die voorwerp sink, sal die volume van die water wat gespoel is, gelyk wees aan die volume van die hele voorwerp.

Prent getiteld Bereken drijfvermogen Stap 11

Bereken die gewig van die water wat gemors is. Noudat jy die digtheid van die water ken en jy kan die volume water wat in die maatbeker gemors is, meet, kan jy die gewig daarvan vind. Omskep die volume eenvoudig na kubieke meter (`n aanlyn-omsettersinstrument, soos hierdie een, Dit kan nuttig wees in hierdie gedeelte) en vermenigvuldig dit met die digtheid van die water (1000 kg / m).

In ons voorbeeld, sê ons dat die speelgoedkar in die binneste houer gesink het en ongeveer twee eetlepels (0.00003 m) water verplaas het. Om die gewig van die water te vind, vermeerder ons dit met sy digtheid: 1000 kg / m x 0.00003 m = 0,03 kg.

Prent getiteld Bereken drijfvermogen Stap 12

Vergelyk die gewig van die verplaasde water met dié van die voorwerp. Noudat jy die gewig van beide die voorwerp wat jy onder die water en die water wat dit verplaas het, ken, vergelyk dit om te sien watter groter is. As die gewig van die voorwerp wat in die binneste houer gedompel is, groter is as die van die verplaasde water, moet die voorwerp sink. Aan die ander kant, as die gewig van die verplaasde water groter is, moet die voorwerp dryf. Dit is die beginsel van drijfvermogen in aksie: vir `n voorwerp om te dryf, moet dit `n hoeveelheid water met `n gewig groter as die van die voorwerp self verplaas.

Daarom, voorwerpe met lae gewig, maar hoë volume is die swaaiende voorwerpe. Hierdie eiendom beteken dat die hol voorwerpe besonder swaai. Dink aan `n kano: dit dryf baie goed omdat dit hol binne is, sodat dit baie water kan beweeg sonder om baie gewig te hê. As die kano`s solied was, sou hulle nie baie goed dryf nie.

In ons voorbeeld het die motor `n groter gewig (0.05 kg) as die water wat dit verplaas het (0.03 kg). Dit is in ooreenstemming met wat ons waargeneem het: die motor het gesink.