Как да изчислим плаваемостта (бутащата сила)

Плаваемостта е сила за изхвърляне, действаща върху тялото, потопена в течност (или газ), и насочена противоположно. Като цяло, бутната сила може да бъде изчислена по формулата: f_Б = V_С × d × g, където f_Б - Сила на теглене - V_С - Обемът на тялото на тялото, потопен в течността - D, е плътността на течността, в която тялото е потопено - силата на гравитацията.

Стъпка

Метод 1 от 2:

Изчисление по формула

един. Намерете обема на тялото, потопено в течността (потопен обем). Бурната сила е пряко пропорционална на обема на частта на тялото, потопена в течността. С други думи, колкото повече тялото е потопено, толкова повече сила на изхвърляне. Това означава, че дори тласкащата сила действа върху потъващите тела. Потопеният обем трябва да се измерва в m.

В тела, които са напълно потопени в течност, потопеният обем е равен на обема на тялото. В тела, плаващи в течността, потопеният обем е равен на обема на тялото, скрит под повърхността на течността.
Като пример, помислете за топка, която плава във вода. Ако диаметърът на топката е 1 m, а повърхността на водата идва до средата на топката (т.е. тя е потопена във водата на водата), тогава тежестта на топката е равна на обема му, разделен на 2. Обемът на топката се изчислява с формула V = (4/3) π (радиус) = (4/3) π (0.5) = 0.524 m. Потопен обем: 0.524 / 2 = 0.262 m.

Изображение, озаглавено Изчислете плаваемостта стъпка 2

2. Намерете плътността на течността (в kg / m), в която тялото е потопено. Плътността е съотношението на телесното тегло към обема, зает от този орган. Ако две тела имат един и същ обем, масата на тялото с по-голяма плътност ще бъде повече. Като правило, колкото по-голяма е плътността на течността, в която тялото е потопена, толкова по-голяма е принуждаващата сила. Плътността на течността може да бъде намерена в интернет или в различни справочници.

В нашия пример топката плува във водата. Плътността на водата е приблизително равна на 1000 kg / m.

Може да се намери плътността на много други течности тук.

Изображение, озаглавено Изчислено плаваемост Стъпка 3

3. Намерете силата на гравитацията (или друга сила, действаща върху тялото вертикално надолу). Няма значение дали тялото или мивките плуват, силата на гравитацията винаги действа върху нея. При естествени условия силата на тежестта (или по-скоро силата на гравитацията, действаща върху тялото с тегло 1 kg), е приблизително равна на 9.81 n / kg. Въпреки това, ако има и други сили на тялото, например центробежна сила, такива сили трябва да бъдат взети под внимание и да се изчисли получената сила, насочена вертикално надолу.

В нашия пример се занимаваме с обичайната стационарна система, така че само силата на гравитацията е валидна за топката, равна на 9.81 n / kg.

Въпреки това, ако топката плува във воден контейнер, който се върти около определен момент, след това центробежна сила ще действа върху топката, която не позволява на топката и водата да се появят и които трябва да бъдат взети под внимание при изчисленията.

Изображение, озаглавено Изчислено плаваемост Стъпка 4

4. Ако имате стойностите на потопятия обект на тялото (в m), плътността на течността (в kg / m) и силата на тежестта (или друга сила, насочена вертикално надолу), можете да изчислите силата на изхвърляне. За да направите това, просто умножете горните стойности и ще намерите силата за изхвърляне (в Н).

В нашия пример: f_Б = V_С × d × g. Е_Б = 0.262 m × 1000 kg / m × 9.81 n / kg = 2570.

Изображение, озаглавено Изчислено плаваемост Стъпка 5

пет. Разберете дали тялото ще плува или ще потъне. Според горната формула можете да изчислите силата за изхвърляне. Но като попълните допълнителни изчисления, можете да определите дали тялото ще плува или потъне. За да направите това, намерете тласкащата сила за цялото тяло (т.е. в изчисленията, използвайте целия обем на тялото, а не потапящ обем) и след това намерете силата на тежестта според формулата g = (телесно тегло) * ( 9.81 m / s). Ако бутащата сила е по-гравитация, тялото ще плава - ако силата на гравитацията е по-напреднала сила, тялото ще потъне. Ако силите са равни, тогава тялото има "неутрална плавателност".

Например, помислете за 20 килограм дневник (цилиндрична форма) с диаметър 0,75 m и височина 1,25 m, потопена във вода.

Намерете силата на звука на дневника (в нашия пример, обем на цилиндъра) съгласно формула V = π (радиус) (височина) = π (0.375) (1.25) = 0.55 m.

След това изчислете натискащата сила: f_Б = 0.55 m × 1000 kg / m × 9.81 n / kg = 5395.5.

Сега намиране на гравитация: g = (20 kg) (9.81 m / s) = 196.2. Тази стойност е много по-малка от стойността на бутащата сила, така че дневникът ще плува.

Изображение, озаглавено Изчислено плаваемост Стъпка 6

6. Използвайте описаните по-горе изчисления за тялото, потопено в газ. Не забравяйте, че телата могат да плуват не само в течности, но и в газове, които могат да бутат някои тела, въпреки много малка плътност на газа (не забравяйте за топката, пълна с плътност на хелий хелий по-малко плътност на въздуха, така че балонът с хелиеви мухи ( плувки) във въздуха).

Метод 2 от 2:

Поставяне на експеримент

един. Поставете малка чаша в кофа. В този прост експеримент показваме, че натискащата сила действа върху тялото, тъй като тялото изважда обема на течността, равна на потопения обема на тялото. Ще покажем и как да намерим бутаща сила с експеримента. За да започнете, поставете малка чаша в кофа (или тенджера).

Изображение, озаглавено Изчислете плаваемост Стъпка 8

2. Напълнете чашата с вода (към ръбовете). Бъди внимателен! Ако водата от чашата доведе до кофа, излейте вода и започнете.

За експеримента, предполагайте, че плътността на водата е 1000 kg / m (само ако не използвате солена вода или друга течност).

Използвайте пипета, за да запълните чашата до ръбовете.

Изображение, озаглавено Изчислено плаваемост Стъпка 9

3. Вземете малък обект, който се вписва в чаша и няма да бъде повредена от вода. Намерете много от това тяло (в килограми - за това претегляне на тялото на скалите и конвертиране на стойността в грамове на килограм). След това бавно понижете обекта в чаша с вода (т.е. потопете тялото във водата, но не потапяйте пръстите си). Ще видите, че водата е резултат от чашата в кофата.

В този експеримент ще намалим в чаша с кола с вода игра с тегло 0.05 кг. Обемът на тази кола не е необходимо да изчисляваме силата на изхвърляне.

Изображение, озаглавено Изчислете плаваемостта стъпка 10

4. Когато потапя тялото във водата, той избутва някакъв обем вода (в противен случай тялото няма да се потопи във водата). Когато тялото тласка водата (т.е. тялото действа върху водата), буталата започва към тялото (т.е. водата действа върху тялото). Налейте вода от кофа до измервателна чаша. Обемът на водата в измервателна чаша трябва да бъде равен на обема на потапяното тяло.

С други думи, ако тялото плава, обемът на разселената течност е равен на потомния обем на тялото. Ако тялото се удави, обемът на разселената течност е равен на обема на цялото тяло.

Изображение, озаглавено Изчислете плаваемост Стъпка 11

пет. Изчисляване на масата на разселената вода според известните стойности на обема на тази водна и водна плътност. Стойността на обема на водата, показана от измервателното стъкло, конвертиране в m (можете да го направите тук), и след това умножете обема на разселената вода върху плътността на водата (1000 kg / m).

В нашия пример, автомобилът с играчки се удави, като пулсира около две супени лъжици вода (0.00003 м). Изчисляваме масата на разселената вода: 1000 kg / m × 0.00003 m = 0.03 kg.

Изображение, озаглавено Изчислено плаваемост Стъпка 12

6. Сравнете масата на разселената вода с маса от потапяно тяло. Ако масата на потапяното тяло е по-голяма от масата на разселената вода, тогава тялото ще се удави. Ако масата на изключителната вода е по-телесно тегло, плува. Следователно, за да може тялото да плува, то трябва да проявява количеството вода с маса, надвишаваща самия орган.

Така телата имат малка маса, но голям обем, притежават най-добрата плаваемост. Тези два параметъра са характерни за кухите тела. Помнете лодката - тя има отлична плаваемост, защото тя е куха и измества много вода с малка маса на самата лодка. Ако лодката не беше кухина, тя нямаше да плува изобщо (и тон).

В нашия пример масата на автомобила (0.05 kg) е по-голяма от масата на разселената вода (0.03 kg). Така че кола и се удави.