Як разлічыць плавае сілу: 12 крокаў (з фота) - Чаявыя

Відэа: Архимедова сила | Физика 7 класс #37 | Инфоурок

Задаволены

Крокі
Парада
Што вам трэба

Плаваючая сіла - гэта сіла, якая дзейнічае на прадмет, пагружаны ў вадкасць у процілеглым кірунку да гравітацыі. Калі аб'ект змяшчаецца ў вадкасць, вага аб'екта штурхае вадкасць (вадкасць ці газ), а плавучасць штурхае аб'ект уверх, у процілеглы бок гравітацыі. Увогуле, гэтую плавучасць можна вылічыць з дапамогай раўнанняў F_б = V_S × D × g, у якім Ф_б гэта плавучасць, V_S - аб'ём падводнай часткі, D - шчыльнасць вадкасці, якая атачае аб'ект, і g - сіла цяжару. Каб даведацца, як вызначыць плавучасць аб'екта, пачніце з кроку 1 ніжэй.

Крокі

Спосаб 1 з 2: Выкарыстоўвайце ўраўненне плавае сілы

Знайдзіце аб'ём падводная частка аб'екта. Плавучасць, якая дзейнічае на аб'ект, непасрэдна карэлюе з падводнай аб'ёмнай часткай аб'екта. Іншымі словамі, чым большая ракавіна цвёрдага цела, тым мацней на яго дзейнічае плавучасць. Гэта значыць, нават калі аб'ект цалкам пагружаны ў вадкасць, на яго ўсё яшчэ дзейнічае плавучасць. Каб пачаць вылічваць сілу плавучасці, якая дзейнічае на аб'ект, першым этапам звычайна з'яўляецца вызначэнне аб'ёму аб'ёму, які прасякнуты вадкасцю. У раўнанні для плавае сілы гэта значэнне павінна быць запісана ў м.
- Для аб'екта, цалкам пагружанага ў вадкасць, аб'ём, які пагружаецца ў ваду, будзе роўны аб'ёму самога аб'екта. Для супернатанта вадкасці мы разглядаем толькі аб'ёмную долю пад паверхняй вадкасці.
- Напрыклад, скажам, мы хочам знайсці плавучасць, якая дзейнічае на гумовы шар, які плавае ў вадзе. Калі шар уяўляе сабой ідэальную сферу дыяметрам 1 м, і ён плавае роўна на палову, якая знаходзіцца пад вадой, мы можам знайсці аб'ём пагружанай часткі, вылічыўшы аб'ём усяго шара і падзяліўшы яго напалову. Паколькі аб'ём шара роўны (4/3) π (радыус), мы маем аб'ём шара (4/3) π (0,5) = 0,524 м. 0,524 / 2 = Затоплена 0,262 м.
Знайдзіце шчыльнасць вадкасці. Наступным этапам пошуку плавае сілы з'яўляецца вызначэнне шчыльнасці (у кг / м) навакольнай вадкасці. Шчыльнасць - гэта велічыня, вымераная суадносінамі масы рэчыва альбо рэчыва да яго адпаведнага аб'ёму. Пры двух аднолькавых аб'ёмах аб'ект з большай шчыльнасцю будзе цяжэйшым. Агульнае правіла заключаецца ў тым, што чым вышэй шчыльнасць вадкасці, тым большая плавучасць будзе аказваць цела, якое ў ёй апускаецца. З вадкасцямі звычайна прасцей за ўсё вызначыць шчыльнасць па спасылках.
- У прыведзеным вышэй прыкладзе шар плавае ў вадзе. Даведачная літаратура вывучае, што вада мае пэўную шчыльнасць 1000 кг / м.
- Шчыльнасць многіх звычайных вадкасцей прыведзена ў тэхнічнай літаратуры. Вы можаце знайсці гэты спіс тут.
Знайдзіце сілу цяжару (альбо іншую сілу ў напрамку ўніз). Незалежна ад таго, пагружаецца ці плавае аб'ект у вадкасці, ён заўсёды знаходзіцца пад сілай гравітацыі. На самай справе, гэтая пастаянная канстанта сілы складае прыблізна 9,81 ньютан / кілаграм. Аднак у тых выпадках, калі на вадкасць і цела, якое апускаецца, дзейнічае іншая сіла, напрыклад, радыяльная, мы таксама павінны ўлічваць гэтую сілу пры вылічэнні агульнай "сыходнай" сілы для ўсёй сістэмы.
- У прыведзеным вышэй прыкладзе, калі ў нас нармальная статычная сістэма, можна меркаваць, што адзінай сілай, якая дзейнічае на вадкасць і цела, з'яўляецца стандартная гравітацыя - 9,81 ньютан / кілаграм.
Памножце аб'ём на шчыльнасць і гравітацыю. Калі ў вас ёсць значэнні для аб'ёму аб'екта (у м), шчыльнасці вадкасці (у кг / м) і сілы цяжару (альбо сілы зніжэння сістэмы Ньютана / Кілаграм), знайсці плавае сілу становіцца проста. . Проста патроіце іх, каб знайсці плаваючую сілу ў Ньютанах.
- Вырашыце прыкладную задачу, уключыўшы значэнні ва ўраўненне F_б = V_S × D × g. F_б = 0,262 м × 1000 кг / м × 9,81 Н / кг = 2570 ньютанаў. Астатнія падраздзяленні будуць знішчаць адзін аднаго, застаючыся толькі падраздзяленнем Ньютана.
Вызначце, плавае ці не аб'ект, параўноўваючы з гравітацыяй. Выкарыстоўваючы ўраўненне плавучасці, вы лёгка знойдзеце сілу, якая выштурхвае аб'ект з вадкасці. Аднак вы таксама можаце вызначыць, плавае ці западае матэрыял у вадкасці, калі зрабіць яшчэ адзін крок. Знайдзіце плавае сілу, якая дзейнічае на ўсё цела (гэта значыць, выкарыстоўвайце ўвесь аб'ём цела V_S), затым знайдзіце сілу цяжару, якая прыцягвае аб'ект, з ураўненнем G = (маса аб'екта) (9,81 м / с). Калі плаваючая сіла большая, чым сіла цяжару, аб'ект будзе плаваць. З іншага боку, калі сіла цяжару большая, то аб'ект апусціцца. Калі гэтыя дзве сілы роўныя, мы гаворым пра гэта прыпынена.
- Падвешаны прадмет не будзе плаваць над вадой і апускацца на дно, знаходзячыся ў вадзе. Ён будзе падвешаны ў вадкасці паміж паверхняй і дном.
- Напрыклад, скажам, мы хочам ведаць, ці можа плаваць у вадзе 20-кілаграмовая драўляная скрыня дыяметрам 0,75 метра і вышынёй 1,25 метра. Мы павінны выканаць некалькі этапаў для гэтай праблемы:
  - Першае - знайсці аб'ём, выкарыстоўваючы формулу для аб'ёму цыліндра V = π (радыус) (вышыня). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 м.
  - Далей, мяркуючы, што мы ведаем стандартную вагу і шчыльнасць вады, мы вырашаем для плавае сілы, якая дзейнічае на ствол. 0,55 м × 1000 кг / м × 9,81 Н / кг = 5395,5 Ньютана.
  - Цяпер мы павінны знайсці сілу цяжару, якая ўздзейнічае на драўляную скрыню. G = (20 кг) (9,81 м / с) = 196,2 Ньютан. Гэты вынік значна меншы, чым сіла плавучасці, таму ствол будзе плаваць.
Выкарыстоўвайце той самы разлік, калі вадкасць з'яўляецца газам. Рашаючы праблемы з плавучасцю, не забывайце, што вадкасць не павінна быць вадкасцю. Газы таксама вядомыя як вадкасці, хаця яны маюць вельмі малую шчыльнасць у параўнанні з іншымі тыпамі рэчываў, і газ усё яшчэ можа адштурхнуць некаторыя плаваюць прадметы ў ім. Доказ таму - геліевы бурбалка. Паколькі гелій у бурбалцы лягчэйшы за вадкасць вакол яго (паветра), бурбалка адляціць! рэклама

Спосаб 2 з 2: Правядзіце просты эксперымент з плавае сілай

Змесціце невялікую міску ў большую. Атрымаўшы толькі некалькі прадметаў у доме, вы на практыцы лёгка ўбачыце наступствы плавучасці. У гэтым эксперыменце мы паказваем, што калі аб'ект пагружаецца ў ваду, ён будзе адчуваць эфект плавучасці, таму што ён замяняе колькасць вадкасці, роўнае аб'ёму падводнага аб'екта. У працэсе правядзення эксперыментаў мы таксама паказваем, як знайсці плаваючую сілу аб'екта на практыцы. Спачатку вы змяшчаеце невялікую ёмістасць без каўпакоў, напрыклад, міску ці кубак, у вялікую ёмістасць, напрыклад, у вялікую міску або вядро з вадой.
Запоўніце невялікую ёмістасць ад краю да краю вадой. Вы павінны наліваць ваду блізка да краю, не праліваючы яе. Будзьце асцярожныя на гэтым этапе! Калі вы даяце вадзе перапоўніцца, вы павінны цалкам спусціць вялікую ёмістасць і пачаць усё спачатку.
- Для гэтага эксперыменту мы мяркуем, што вада мае шчыльнасць 1000 кг / м. Калі вы не выкарыстоўваеце расол альбо зусім іншую вадкасць, большасць вод мае шчыльнасць, блізкую да гэтага эталоннага значэння, таму вынікі не паўплываюць.
- Калі ў вас ёсць кропельніца, вы можаце ёю капаць ва ўнутраную ёмістасць, каб узровень вады быў да краю.
Пагрузіце невялікі прадмет. Далей шукайце прадмет, які зручна змяшчаецца ў невялікай ёмістасці без пашкоджанняў вадой. Знайдзіце вагу гэтага прадмета ў кілаграмах (вы павінны выкарыстоўваць шкалу для чытання ў грамах, а затым пераўтварыць яго ў кілаграмы). Затым павольна ўціскайце прадмет у ваду, не змочваючы палец, пакуль ён не пачне плаваць альбо вы ледзь утрымаеце яго, а потым адпусціце прадмет. Вы павінны ўбачыць разліў вады праз край унутранай ёмістасці ў вонкавую ёмістасць.
- У гэтым прыкладзе скажам, што мы ўціскаем ва ўнутраную ёмістасць цацачную машыну 0,05 кг. Нам не трэба ведаць аб'ём аўтамабіля, каб вылічыць плавучасць, як мы даведаемся на наступным этапе.
Збярыце і вымерайце перапаўненне вады. Калі вы націскаеце прадмет на ваду, ён замяняе ваду - у адваротным выпадку вам не застанецца месца для апускання ў ваду. Калі ён выштурхвае ваду з праходу, ён адштурхваецца і стварае плавучасць. Збярыце разлітую ваду з унутранай ёмістасці і наліце ў невялікую мерную шклянку. Аб'ём вады ў кубку павінен быць роўны аб'ёму падводнага аб'екта.
- Іншымі словамі, калі аб'ект плавае, аб'ём вады, якая пераліваецца, будзе роўны аб'ёму аб'екта, пагружанага пад паверхню вады. Калі б аб'ект быў пагружаны ў ваду, аб'ём вады, якая пералівалася, быў бы роўны аб'ёму ўсяго аб'екта.
Разлічыце колькасць разлітай вады. Паколькі вы ведаеце шчыльнасць вады і можаце вымераць аб'ём вады, якая пераліваецца ў мерны шклянку, вы падлічыце аб'ём вады. Пераўтварыце аб'ём у м (тут можа дапамагчы такі онлайн-пераўтваральнік, як гэты) і памножце на шчыльнасць вады (1000 кг / м).
- У прыведзеным вышэй прыкладзе выкажам здагадку, што цацачны аўтамабіль пагружаны ва ўнутраны кантэйнер і займае каля 2 сталовых лыжак (0,00003 м) вады. Каб знайсці масу вады, памножце яе на шчыльнасць: 1000 кг / м × 0,00003 м = 0,03 кг.
Параўнайце аб'ём выцесненай вады і масу аб'екта. Цяпер, калі вы ведаеце масы як пад вадой, так і пад вадой, параўнайце гэтыя два значэнні. Калі маса аб'екта перавышае аб'ём выцесненай вады, аб'ект апускаецца. З іншага боку, калі аб'ём выцесненай вады павялічыцца, то аб'ект будзе плаваць. Гэта прынцып плавучасці на практыцы - для плавае цела яно павінна выцясняць масу вады, большую, чым маса самога цела.
- Адсюль і лёгкія масы, але вялікія аб'ёмы - лепшыя плаваюць аб'екты. Гэта ўласцівасць паказвае на тое, што полыя прадметы могуць вельмі добра плаваць. Давайце паглядзім на каноэ - ён добра плавае, бо ўнутры ён полы, таму можа заняць шмат вады, але маса не занадта цяжкая. Калі б каноэ было тоўстым унутры, яно не змагло б добра плаваць.
- У прыведзеным вышэй прыкладзе транспартны сродак масай 0,05 кг перавышае аб'ём вады, выцесненай на 0,03 кг. Гэта адпавядае таму, што мы назіраем: машына патанула.
рэклама