Съдържание

• стъпки
• Съвети
• Необходими материали

Тягата е силата, действаща в обратна посока на посоката на гравитацията, която засяга всички обекти, потопени в течност. Когато един обект е поставен във флуид, теглото му избутва течността (течност или газ), докато плаващата сила избутва предмета нагоре, действайки срещу гравитацията. Най-общо тази сила може да се изчисли с помощта на уравнението F_B = V_с × D × g, където F_B е плаващата сила, V_с е потопеният обем, D е плътността на флуида, в който обектът е потопен и g е силата на гравитацията. За да научите как да определите тягата на обекта, вижте стъпка 1, за да започнете.

стъпки

Метод 1 от 2: Използване на уравнението на силата на плаваемост

1. 

   Намерете силата на звука на потопената част на обекта. Буйната сила, действаща върху обект, е пряко пропорционална на обема на потопения обект. С други думи, колкото по-твърд е обектът, толкова по-голяма е плаващата сила, действаща върху него. Това означава, че дори предмети, потъващи в течност, имат сила, която ги избутва нагоре. За да започнете да изчислявате тази интензивност, първата стъпка е да определите обема на потопения обект. За уравнението тази стойност трябва да е в метри.
   • За обекти, които са напълно потопени в течността, потопеният обем е същият като обекта. За тези, които плават по повърхността на течността, се счита само обемът под повърхността.
   • Като пример, нека кажем, че искаме да намерим плаващата сила, действаща върху гумена топка, плаваща във водата. Ако топката е перфектна сфера с диаметър един метър и плава наполовина във водата, можем да намерим обема на потопената част, като намерим общия обем на сферата и разделим на две. Тъй като обемът на сферата е даден от (4/3) π (радиус), е известно, че ще имаме резултат от (4/3) π (0,5) = 0,524 метра. 0,524 / 2 = 0.262 метра потопени.

2. 

   
   
   Намерете плътността на вашата течност. Следващата стъпка в процеса на намиране на плаващата сила е да се определи плътността (в килограми / метър), на която обектът е потопен. Плътността е мярка за предмет или относително тегло на веществото по обем. Като се имат предвид два обекта с еднакъв обем, този с най-голяма плътност тежи най-много. Като правило, колкото по-голяма е плътността на флуида, толкова по-голяма плаваща сила упражнява. С течностите обикновено е по-лесно да се определи плътността, като се разгледат референтните материали.
   • В нашия пример топката плава във водата. Консултирайки се с академична сила, можем да открием, че плътността на водата е около 1000 килограма / метър.
   • Плътностите на други обичайни течности са изброени в инженерни източници. Такъв списък можете да намерите тук.

3. 

   
   
   Намерете силата на гравитацията (или друга низходяща сила). Независимо дали обектът е плаващ или изцяло потопен, той винаги е подложен на силата на гравитацията. В реалния свят тази постоянна сила е равна на 9,81 Нютони / кг, Въпреки това, в ситуации, когато друга сила, като центрофугата, действа върху течност и потопения обект, те също трябва да бъдат разгледани за определяне на общата низходяща сила.
   • В нашия пример, ако имаме работа с обикновена и неподвижна система, можем да приемем, че единствената сила, действаща надолу, е споменатата по-горе сила на гравитация.
   • Какво обаче, ако топката ни плаваше в кофа с вода и се въртеше с голяма скорост в хоризонтален кръг? В този случай, ако приемем, че кофата се върти достатъчно бързо, за да се гарантира, че и водата, и топката не падат, силата надолу в тази ситуация ще произтича от центробежната сила, създадена от движението на кофата, а не от гравитацията на земята.

4. 

   
   
   Умножете обема × плътност × гравитацията. Когато имате стойности за обема на вашия обект (в метри), плътността на вашата течност (в килограми / метър) и силата на гравитацията (или силата на понижаване на вашата система), намирането на силата на плаване е лесно. Просто умножете тези три количества, за да намерите силата в нютоните.
   • Нека решим нашия пример, като заменим нашите стойности в уравнение F_B = V_с × D × g. F_B = 0,262 метра × 1000 килограма / метър × 9,81 нютона / килограм = 2570 нютони.

5. 

   Разберете дали вашият обект плава, сравнявайки го със силата на гравитацията. С помощта на уравнението на силата на плаваемост е лесно да се намери силата, която изтласква предмет от течността, в която е потопена. Въпреки това с малко повече работа можете също да определите дали обектът ще плава или потъва. Просто намерете плаващата сила за обекта (с други думи, използвайте целия му обем като V_с), след това намерете силата на гравитация с уравнението G = (маса на обекта) (9,81 метра / секунда). Ако плаващата сила е по-голяма от силата на тежестта, обектът ще плава. Но ако силата на гравитацията е по-голяма, тя ще потъне. Ако те са еднакви, обектът се казва „неутрален“.
   • Например, да кажем, че искаме да знаем дали 20-килограмова цилиндрична дървена цев с диаметър 0,75 метра и височина 1,25 метра ще плава във водата. Това изисква няколко стъпки:
     • Можем да намерим обема му с формулата V = π (радиус) (височина). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 метра.
     • След това, ако приемем стойностите по подразбиране за гравитацията и плътността на водата, можем да определим силата на плаваемост в цевта. 0,55 метра × 1000 килограма / метър × 9,81 нютона / килограм = 5395.5 нютони.
     • Сега трябва да намерим силата на гравитация в цевта. G = (20 кг) (9,81 метра / секунда) = 196.2 Нютони, Тя е много по-малка от плаващата сила, така че цевта ще плава.

6. 

   Използвайте същата техника, когато вашата течност е газ. Когато решавате проблеми с рипо, не забравяйте, че течността не трябва да е течност. Газовете също се считат за течни и въпреки че имат по-ниска плътност в сравнение с други видове материали, те все още могат да поддържат теглото на някои предмети. Прост балон с хелий е доказателство за това. Тъй като газът в балона е по-малко плътен от заобикалящата течност, той плава!

Метод 2 от 2: Извършване на прост експеримент с тяга

1. 

   Поставете малка чаша или купа в по-голям съд. С някои предмети от домакинството е лесно да видите принципите на плаваемост в действие! В този прост експеримент ще покажем, че потопеният обект изпитва плавателност, тъй като измества обем течност, равен на обема на потопения обект. Докато правим това, ние също демонстрираме как да намерим жизнената сила на експеримент. За начало поставете малък контейнер, например купа или чаша, в по-голям контейнер, като например по-голяма купа или кофа.

2. 

   Напълнете контейнера от вътрешната страна до ръба. След това напълнете по-големия съд с вода. Искате нивото на водата да е над ръба, без да се преобръща. Бъди внимателен! Ако разливате вода, изпразнете по-големия контейнер, преди да опитате отново.
   • За този експеримент е безопасно да се приеме, че водата има плътността на водата със стандартна стойност от 1000 килограма / метър. Освен ако не използвате солена вода или друга течност, повечето видове вода имат плътност, близка до референтната.
   • Ако имате капкомер, може да бъде много полезно да проверите нивото на водата във вътрешния контейнер.

3. 

   Потопете малък предмет. Сега намерете малък предмет, който се побира във вътрешния контейнер и няма да бъде повреден от вода. Намерете масата на този обект в килограми (използвайте скала за това). След това, без да намокрите пръстите си, потопете обекта във вода, докато той започне да плава или вече не можете да го държите. Трябва да забележите, че водата от вътрешния контейнер се разлива във външния контейнер.
   • За целите на нашия пример, нека кажем, че поставяме количка с играчки с маса 0,05 кг вътре във вътрешния контейнер. Не е необходимо да знаем обема на колата, за да изчислим тягата, както ще видим по-нататък.

4. 

   Съберете и измерете водата, която сте разлели. Когато потопите обект във вода, възниква изместване на водата; ако не беше, нямаше да има място той да влезе във водата. Когато той изтласква течността, водата се изтласква назад, предизвиквайки тягата. Вземете водата, която сте разляли, и я поставете в мерителна чаша. Обемът на водата трябва да бъде същият като потопения обем.
   • С други думи, ако вашият обект плава, обемът на разливаната вода ще бъде равен на обема на потопения във водата обект. Ако вашият обект потъне, обемът на водата, която разлива, е равен на обема на целия обект.

5. 

   Изчислете теглото на разлятата вода. Тъй като знаете плътността на водата и можете да измерите обема, който е разлят, можете да намерите масата. Просто конвертирайте обема в метри (онлайн инструмент за преобразуване, като този може да бъде полезен) и умножете по плътността на водата (1000 килограма / метър).
   • В нашия пример, нека кажем, че нашата количка потъна и се премести около две супени лъжици (0,00003 метра).За да намерим масата на водата, я умножаваме по нейната плътност :: 1000 килограма / метра × 0,00003 метра = 0,03 килограма.

6. 

   Сравнете изместения обем с масата на обекта. Сега, когато знаете потопената маса и преместената маса, сравнете ги, за да видите коя е по-голяма. Ако масата на потопения предмет във вътрешния съд е по-голяма от изместената водна маса, той трябва да е потънал. Но ако изместената маса на водата е по-голяма от, обектът трябва да е плаващ. Това е принципът на плаваемост; за да плува обект, той трябва да измести маса вода, по-голяма от тази на обекта.
   • Все пак обектите с по-малка маса, но по-големи обеми са предметите, които най-много плуват. Това свойство означава, че кухи предмети плават. Помислете за кану; тя плава, защото е куха, така че може да движи много вода, без да е необходимо да има голяма маса. Ако канутата бяха твърди, те нямаше да плават добре.
   • В нашия пример колата е с маса 0,05 кг, по-голяма от водата в преместената вода, 0,03 кг. Това потвърждава нашия резултат: колата потъва.

Съвети

• Използвайте скала, която може да бъде нулирана след всяко четене, за да помогнете за получаване на точни измервания.

Необходими материали

• Малка чаша или купа
• Голяма купа или кофа
• Малък предмет за потопяване (като гумена топка)
• Измервателна чаша