Περιεχόμενο

• Βήματα
• Συμβουλή
• Ο, τι χρειάζεσαι

Κυμαινόμενη δύναμη είναι η δύναμη που δρα σε ένα αντικείμενο βυθισμένο σε ρευστό αντίθετα προς τη βαρύτητα. Όταν ένα αντικείμενο τοποθετείται σε ένα ρευστό, το βάρος του αντικειμένου ωθεί προς τα κάτω το υγρό (υγρό ή αέριο) ενώ η πλευστότητα ωθεί το αντικείμενο προς τα πάνω, στην αντίθετη κατεύθυνση της βαρύτητας. Γενικά, αυτή η πλευστότητα μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας εξισώσεις φά_σι = V_μικρό × D × g, στο οποίο F_σι είναι η πλευστότητα, V_μικρό είναι ο όγκος του βυθισμένου μέρους, το D είναι η πυκνότητα του υγρού που περιβάλλει το αντικείμενο και το g είναι η βαρύτητα. Για να μάθετε πώς να προσδιορίζετε την πλευστότητα ενός αντικειμένου, ξεκινήστε με το Βήμα 1 παρακάτω.

Βήματα

Μέθοδος 1 από 2: Χρησιμοποιήστε την εξίσωση κυμαινόμενης δύναμης

1. 

   Βρείτε τον τόμο το βυθισμένο μέρος του αντικειμένου. Η πλευστότητα που δρα στο αντικείμενο σχετίζεται άμεσα με το βυθισμένο τμήμα όγκου του αντικειμένου. Με άλλα λόγια, όσο μεγαλύτερος είναι ο νεροχύτης ενός στερεού σώματος, τόσο ισχυρότερη είναι η πλευστότητα. Δηλαδή, ακόμη και αν το αντικείμενο είναι πλήρως βυθισμένο στο υγρό, εξακολουθεί να υπάρχει πλευστότητα σε αυτό. Για να ξεκινήσετε τον υπολογισμό της δύναμης πλευστότητας που δρα στο αντικείμενο, το πρώτο βήμα είναι συνήθως να προσδιορίσετε τον όγκο του όγκου που είναι εμποτισμένο στο υγρό. Στην εξίσωση για την κυμαινόμενη δύναμη, αυτή η τιμή πρέπει να γραφτεί σε m.
   • Για ένα αντικείμενο πλήρως βυθισμένο στο υγρό, ο όγκος που βυθίζεται θα είναι ίσος με τον όγκο του ίδιου του αντικειμένου. Για το υπερκείμενο υγρό, λαμβάνουμε υπόψη μόνο το κλάσμα όγκου κάτω από την επιφάνεια του υγρού.
   • Για παράδειγμα, ας πούμε ότι θέλουμε να βρούμε την πλευστότητα να λειτουργεί σε μια λαστιχένια σφαίρα που επιπλέει στο νερό. Εάν η μπάλα έχει τέλεια διάμετρο 1 m και επιπλέει με ακριβώς ένα μισό βυθισμένο, μπορούμε να βρούμε τον όγκο του βυθισμένου μέρους υπολογίζοντας τον όγκο ολόκληρης της μπάλας και διαιρώντας το στο μισό. Δεδομένου ότι ο όγκος της σφαίρας είναι (4/3) π (ακτίνα), έχουμε τον όγκο της μπάλας να είναι (4/3) π (0,5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = Βυθίστηκαν 0,262 μ.

2. 

   
   
   Βρείτε την πυκνότητα του υγρού. Το επόμενο βήμα για την εξεύρεση κυμαινόμενης δύναμης είναι ο προσδιορισμός της πυκνότητας (σε kg / m) του περιβάλλοντος υγρού. Η πυκνότητα είναι μια ποσότητα που μετράται από την αναλογία της μάζας ενός υλικού ή ύλης προς τον αντίστοιχο όγκο του. Για δύο αντικείμενα ίσου όγκου, το αντικείμενο με μεγαλύτερη πυκνότητα θα είναι βαρύτερο. Ο γενικός κανόνας είναι ότι όσο υψηλότερη είναι η πυκνότητα ενός υγρού, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η πλευστότητα στο σώμα που βυθίζεται σε αυτό. Με υγρά, συνήθως ο ευκολότερος τρόπος προσδιορισμού της πυκνότητας είναι μέσω αναφορών.
   • Στο παραπάνω παράδειγμα, η μπάλα επιπλέει στο νερό. Η βιβλιογραφία της μελέτης αναφοράς μας λέει ότι το νερό έχει συγκεκριμένη πυκνότητα 1.000 kg / m.
   • Η πυκνότητα πολλών κοινών υγρών δίνεται στην τεχνική βιβλιογραφία. Μπορείτε να βρείτε αυτήν τη λίστα εδώ.

3. 

   
   
   Βρείτε τη βαρύτητα (ή άλλη δύναμη προς την κατεύθυνση προς τα κάτω). Είτε ένα αντικείμενο βυθίζεται είτε επιπλέει σε ένα υγρό, υποβάλλεται πάντα σε βαρύτητα. Στην πραγματικότητα, αυτή η σταθερά καθοδικής δύναμης είναι περίπου 9.81 Νιούτον / κιλό. Ωστόσο, σε περιπτώσεις όπου υπάρχει μια άλλη δύναμη που ενεργεί πάνω στο υγρό και το σώμα που βυθίζεται σε αυτό, όπως η ακτινική δύναμη, πρέπει επίσης να λάβουμε υπόψη αυτή τη δύναμη κατά τον υπολογισμό της συνολικής "προς τα κάτω" δύναμης για ολόκληρο το σύστημα.
   • Στο παραπάνω παράδειγμα, εάν έχουμε ένα κανονικό στατικό σύστημα, τότε μπορεί να υποτεθεί ότι η μόνη προς τα κάτω δύναμη που δρα στο υγρό και το σώμα είναι η τυπική βαρύτητα - 9.81 Νιούτον / κιλό.

4. 

   
   
   Πολλαπλασιάστε τον όγκο με την πυκνότητα και τη βαρύτητα. Όταν έχετε τις τιμές για τον όγκο του αντικειμένου (σε m), την πυκνότητα υγρού (σε kg / m) και τη βαρύτητα (ή την πτωτική δύναμη του συστήματος Newton / Kilogram), η εύρεση της κινητής δύναμης γίνεται εύκολη. . Απλά τριπλασιάστε αυτά για να βρείτε την κυμαινόμενη δύναμη στο Newtons.
   • Λύστε το πρόβλημα του παραδείγματος συνδέοντας τις τιμές στην εξίσωση F_σι = V_μικρό × D × g. φά_σι = 0,262 m × 1.000 kg / m × 9,81 N / kg = 2.570 Νιούτον. Οι άλλες μονάδες θα εξαφανίζονταν η μία την άλλη, αφήνοντας μόνο τη μονάδα Newton.

5. 

   Προσδιορίστε εάν το αντικείμενο επιπλέει ή όχι συγκρίνοντας με τη βαρύτητα. Χρησιμοποιώντας την εξίσωση για πλευστότητα, θα βρείτε εύκολα τη δύναμη που ωθεί το αντικείμενο από το υγρό. Ωστόσο, μπορείτε επίσης να προσδιορίσετε εάν το υλικό επιπλέει ή βυθίζεται στο υγρό εάν κάνετε ένα επιπλέον βήμα. Βρείτε την κυμαινόμενη δύναμη που δρα σε ολόκληρο το σώμα (δηλαδή, χρησιμοποιήστε ολόκληρο τον όγκο του σώματος V_μικρό), στη συνέχεια, βρείτε τη βαρύτητα που προσελκύει το αντικείμενο με την εξίσωση G = (μάζα του αντικειμένου) (9,81 m / s). Εάν η κυμαινόμενη δύναμη είναι μεγαλύτερη από τη βαρύτητα, το αντικείμενο θα επιπλέει. Από την άλλη πλευρά, εάν η βαρύτητα είναι μεγαλύτερη, τότε το αντικείμενο θα βυθιστεί. Εάν αυτές οι δύο δυνάμεις είναι ίσες τότε λέμε το πράγμα ανασταλεί.
   • Ένα αναρτημένο αντικείμενο δεν θα επιπλέει πάνω από το νερό ή δεν θα βυθίζεται στον πυθμένα ενώ βρίσκεται στο νερό. Αιωρείται στο υγρό μεταξύ της επιφάνειας και του πυθμένα.
   • Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να μάθουμε αν ένα κυλινδρικό ξύλινο κιβώτιο των 20 κιλών με διάμετρο 0,75 μέτρα και ύψος 1,25 μέτρα μπορεί να επιπλέει στο νερό. Πρέπει να εκτελέσουμε διάφορα βήματα για αυτό το πρόβλημα:
     • Ο πρώτος είναι να βρείτε τον όγκο χρησιμοποιώντας τον τύπο για τον όγκο του κυλίνδρου V = π (ακτίνα) (ύψος). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 μ.
     • Στη συνέχεια, υποθέτοντας ότι γνωρίζουμε την τυπική βαρύτητα και την πυκνότητα του νερού, επιλύουμε τη δύναμη που επιπλέει στο βαρέλι. 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 5.395.5 Νιούτον.
     • Τώρα πρέπει να βρούμε τη βαρύτητα να δρα στο ξύλινο κιβώτιο. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196.2 Νιούτον. Αυτό το αποτέλεσμα είναι πολύ μικρότερο από τη δύναμη πλευστότητας, οπότε το βαρέλι θα επιπλέει.

6. 

   Χρησιμοποιήστε τον ίδιο υπολογισμό όταν το υγρό είναι αέριο. Κατά την επίλυση προβλημάτων με πλευστότητα, μην ξεχνάτε ότι το υγρό δεν πρέπει να είναι υγρό. Τα αέρια είναι επίσης γνωστά ως υγρά, αν και έχουν πολύ μικρή πυκνότητα σε σύγκριση με άλλους τύπους ύλης, και το αέριο μπορεί ακόμα να απωθεί ορισμένα από τα πλωτά αντικείμενα σε αυτό. Η φούσκα ηλίου είναι η απόδειξη αυτού. Δεδομένου ότι το ήλιο σε μια φυσαλίδα είναι ελαφρύτερο από το υγρό γύρω του (αέρα), η φυσαλίδα θα πετάξει μακριά! διαφήμιση

Μέθοδος 2 από 2: Εκτελέστε απλό πείραμα σε κινητή δύναμη

1. 

   Τοποθετήστε ένα μικρό μπολ σε ένα μεγαλύτερο. Με λίγα μόνο αντικείμενα στο σπίτι, θα δείτε εύκολα τα αποτελέσματα της πλευστότητας στην πράξη. Σε αυτό το πείραμα, δείχνουμε ότι όταν ένα αντικείμενο βυθίζεται, θα υποστεί την επίδραση της πλευστότητας, επειδή αντικαθιστά την ποσότητα του υγρού που είναι ίση με τον όγκο του βυθισμένου αντικειμένου. Στη διαδικασία διεξαγωγής πειραμάτων παρουσιάζουμε επίσης πώς να βρούμε την κυμαινόμενη δύναμη του αντικειμένου στην πράξη. Αρχικά τοποθετείτε ένα μικρό δοχείο χωρίς καπάκι, όπως ένα μπολ ή ένα κύπελλο, σε ένα μεγαλύτερο δοχείο όπως ένα μεγάλο μπολ ή ένα κουβά με νερό.

2. 

   Γεμίστε ένα μικρό δοχείο από άκρη σε άκρη με νερό. Πρέπει να ρίξετε το νερό κοντά στην άκρη χωρίς να το χύσετε. Προσέξτε σε αυτό το βήμα! Εάν αφήσετε το νερό να ξεχειλίσει, πρέπει να αδειάσετε εντελώς το μεγάλο δοχείο και στη συνέχεια να ξεκινήσετε ξανά.
   • Για αυτό το πείραμα, υποθέτουμε ότι το νερό έχει πυκνότητα 1000 kg / m. Εκτός αν χρησιμοποιείτε άλμη ή εντελώς διαφορετικό υγρό, τα περισσότερα νερά έχουν πυκνότητα κοντά σε αυτήν την τιμή αναφοράς, έτσι τα αποτελέσματα δεν θα επηρεαστούν.
   • Εάν έχετε ένα σταγονόμετρο, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να στάξει νερό στο εσωτερικό του δοχείο, έτσι ώστε η στάθμη του νερού να φτάσει στην άκρη.

3. 

   Βυθίστε ένα μικρό αντικείμενο. Στη συνέχεια, αναζητήστε ένα αντικείμενο που μπορεί να χωρέσει σε ένα μικρό δοχείο χωρίς ζημιά στο νερό. Βρείτε το βάρος σε χιλιόγραμμα αυτού του αντικειμένου (θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε μια κλίμακα για την ανάγνωση σε γραμμάρια και στη συνέχεια να το μετατρέψετε σε κιλά). Στη συνέχεια, πιέστε αργά το αντικείμενο μέσα στο νερό χωρίς να βραχεί το δάχτυλό σας μέχρι να αρχίσει να επιπλέει ή μπορείτε να το κρατήσετε μόλις και μετά να το απελευθερώσετε. Θα πρέπει να δείτε λίγο νερό να χυθεί στην άκρη του εσωτερικού δοχείου στο εξωτερικό δοχείο.
   • Για αυτό το παράδειγμα, ας πούμε ότι πιέζουμε ένα αυτοκίνητο παιχνιδιών 0,05 κιλών στο εσωτερικό του δοχείο. Δεν χρειάζεται να γνωρίζουμε τον όγκο του αυτοκινήτου για να υπολογίσουμε την πλευστότητα, όπως θα ξέρουμε στο επόμενο βήμα.

4. 

   Συλλέξτε και μετρήστε την υπερχείλιση του νερού. Όταν πατάτε ένα αντικείμενο στο νερό, αντικαθιστά λίγο νερό - αλλιώς δεν υπάρχει χώρος για να το βυθίσετε στο νερό. Όταν σπρώχνει το νερό από το μονοπάτι, το νερό απωθεί και δημιουργεί πλευστότητα. Συλλέξτε το χυμένο νερό από το εσωτερικό δοχείο και ρίξτε το στο μικρό δοχείο μέτρησης. Ο όγκος του νερού στο κύπελλο πρέπει να είναι ίσος με τον όγκο του βυθισμένου αντικειμένου.
   • Με άλλα λόγια, εάν το αντικείμενο επιπλέει, ο όγκος υπερχείλισης νερού θα είναι ίσος με τον όγκο του αντικειμένου που βυθίζεται κάτω από την επιφάνεια του νερού. Εάν το αντικείμενο βυθιστεί, ο όγκος υπερχείλισης νερού θα είναι ίσος με τον όγκο ολόκληρου του αντικειμένου.

5. 

   Υπολογίστε την ποσότητα του νερού που χύθηκε. Δεδομένου ότι γνωρίζετε την πυκνότητα του νερού και μπορείτε να μετρήσετε τον όγκο του νερού που ξεχειλίζει σε ένα κύπελλο μέτρησης, θα υπολογίσετε τον όγκο του νερού. Μετατρέψτε την ένταση σε m (ένας online μετατροπέας μονάδων όπως αυτός μπορεί να βοηθήσει εδώ) και πολλαπλασιάστε τον με την πυκνότητα νερού (1.000 kg / m).
   • Στο παραπάνω παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι το αυτοκίνητο παιχνιδιών βυθίζεται στο εσωτερικό του δοχείο και καταλαμβάνει περίπου 2 κουταλιές της σούπας (0,00003 m) νερό. Για να βρείτε τη μάζα του νερού, πολλαπλασιάστε αυτήν την πυκνότητα: 1.000 kg / m × 0.00003 m = 0,03 κιλά.

6. 

   Συγκρίνετε τον όγκο του εκτοπισμένου νερού και τη μάζα του αντικειμένου. Τώρα που γνωρίζετε τις μάζες του βυθισμένου και του εκτοπισμένου νερού, συγκρίνετε αυτές τις δύο τιμές. Εάν η μάζα του αντικειμένου είναι μεγαλύτερη από τον όγκο του νερού που μετατοπίζεται, το αντικείμενο θα βυθιστεί. Από την άλλη πλευρά, εάν ο όγκος του εκτοπισμένου όγκου νερού είναι μεγαλύτερος, τότε το αντικείμενο θα επιπλέει. Αυτή είναι η αρχή της πλευστότητας στην πράξη - για ένα πλωτό σώμα πρέπει να αντικαθιστά μια μάζα νερού μεγαλύτερη από τη μάζα του ίδιου του σώματος.
   • Ως εκ τούτου αντικείμενα που είναι ελαφριά αλλά μεγάλα σε όγκο είναι τα καλύτερα αιωρούμενα αντικείμενα. Αυτή η ιδιότητα υποδεικνύει ότι τα κοίλα αντικείμενα μπορούν να επιπλέουν πολύ καλά. Ας ρίξουμε μια ματιά στο κανό - επιπλέει καλά επειδή είναι κοίλο στο εσωτερικό του, οπότε μπορεί να πάρει πολύ νερό, αλλά η μάζα δεν είναι πολύ βαρύ. Εάν το κανό ήταν παχύ μέσα, δεν θα μπορούσε να επιπλέει.
   • Στο παραπάνω παράδειγμα, ένα όχημα με μάζα 0,05 kg είναι μεγαλύτερο από όγκο νερού που μετατοπίζεται κατά 0,03 kg. Αυτό συμβαδίζει με αυτό που παρατηρούμε: το αυτοκίνητο έχει βυθιστεί.
   διαφήμιση

Συμβουλή

• Χρησιμοποιήστε μια μηδενική ρυθμιζόμενη κλίμακα μετά από κάθε ζύγιση για ακριβείς τιμές.

Ο, τι χρειάζεσαι

• Μικρό κύπελλο ή μπολ
• Μεγάλο μπολ ή βαρέλι
• Μικρά αντικείμενα που μπορούν να βυθιστούν στο νερό (όπως λαστιχένιες μπάλες)
• Κύπελλο μέτρησης