Jak obliczyć pływalność (wytrzymałość)

Pływalność jest wyrzucającą działającą na ciało zanurzone w cieczy (lub gazu) i skierowane przeciwnie. W ogólnych przypadkach siła pchająca może być obliczona przez wzorze: f_B = V_S × D × G, gdzie f_B - Wyciąganie siły - V_S - Objętość korpusu ciała zanurzona w cieczy - D jest gęstość cieczy, do której organizm jest zanurzony - siłą grawitacyjną.

Kroki

Metoda 1 z 2:

Obliczanie według formuły

jeden. Znajdź objętość ciała zanurzonego w cieczy (zanurzona objętość). Siła pchająca jest bezpośrednio proporcjonalna do objętości części ciała zanurzonego w cieczy. Innymi słowy, im więcej ciała jest zanurzona, tym bardziej wyrzucająca siła. Oznacza to, że nawet siła pchająca działa na tonących ciałach. Zanurzona objętość powinna być mierzona w M.

W ciałach, które są w pełni zanurzone w cieczy, zanurzona objętość jest równa objętości ciała. W ciałach pływających w cieczy, zanurzona objętość jest równa objętościowi ciała, ukryta pod powierzchnią cieczy.
Jako przykład rozważ kulę pływającą w wodzie. Jeśli średnica kuli wynosi 1 m, a powierzchnia wody przychodzi do środka kuli (to znaczy, jest zanurzona w połowie wody), obciążenie kuli jest równe jego objętości podzielony przez 2. Objętość kulki oblicza się o wzorze V = (4/3) π (RADIUS) = (4/3) π (0,5) = 0,524 m. Zanurzona objętość: 0,524 / 2 = 0,262 m.

Obraz zatytułowany Oblicz Wydajność Krok 2

2. Znajdź gęstość płynu (w kg / m), w którym ciało jest zanurzone. Gęstość jest stosunkiem masy ciała do objętości zajmowanej przez ten korpus. Jeśli dwa ciała mają tę samą objętość, masa ciała o większej gęstości będzie więcej. Z reguły, tym większa gęstość cieczy, w której organizm jest zanurzony, tym większa siła pchająca. Gęstość cieczy znajduje się w Internecie lub w różnych książkach referencyjnych.

W naszym przykładzie piłka pływa w wodzie. Gęstość wody jest w przybliżeniu równa 1000 kg / m.

Można znaleźć gęstość wielu innych płynów tutaj.

Obraz zatytułowany Oblicz Pływalność Krok 3

3. Znajdź moc grawitacji (lub jakakolwiek inna siła działająca na korpusie pionowo w dół). Nie ma znaczenia, czy ciało lub zatopienia pływa, siła grawitacji zawsze działa na nim. W warunkach naturalnych, siła grawitacji (lub raczej siła grawitacji działająca na ciele ważąc 1 kg) jest w przybliżeniu równa 9.81 n / kg. Jednakże, jeśli istnieją inne siły na ciele, na przykład, siła odśrodkowa, takie siły należy wziąć pod uwagę i obliczyć wynikową siłę skierowaną pionowo w dół.

W naszym przykładzie mamy do czynienia z zwykłym systemem stacjonarnym, więc tylko siła grawitacji jest ważna dla piłki, równej 9.81 n / kg.

Jednakże, jeśli piłka pływa w pojemniku na wodę, która obraca się wokół pewnego punktu, wówczas siła odśrodkowa będzie działać na piłce, która nie pozwala na spryskanie piłki i wody, którą należy wziąć pod uwagę w obliczeniach.

Obraz zatytułowany Oblicz Wydajność Krok 4

cztery. Jeśli masz wartości zanurzonej objętości ciała (w m) gęstość cieczy (w kg / m) i siła grawitacji (lub jakakolwiek inna siła skierowana pionowo w dół), a następnie można obliczyć siłę wyrzucania. Aby to zrobić, po prostu pomnóż powyższe wartości, a znajdziesz siłę wyrzucania (w H).

W naszym przykładzie: f_B = V_S × D × G. FA_B = 0,262 m x 1000 kg / m × 9.81 N / kg = 2570.

Obraz zatytułowany Oblicz Wydajność Krok 5

pięć. Dowiedz się, czy ciało będzie pływać lub zatonę. Zgodnie z powyższą formułą można obliczyć siłę wyrzucania. Ale wypełniając dodatkowe obliczenia, możesz określić, czy ciało płynie lub zatonę. Aby to zrobić, znajdź siłę pchającą całego ciała (to jest w obliczeniach, użyj całej objętości ciała, a nie zanurzonej objętości), a następnie znajdź siłę ciężkości w zależności od wzoru G = (masa ciała) * ( 9,81 m / s). Jeśli siła pchająca jest większą grawitacją, ciało będzie pływać - jeśli siła ciężkości jest bardziej popychająca, ciało się zatapi się. Jeśli siły są równe, ciało ma "neutralną pływalność".

Na przykład rozważ 20 kilogramowych dziennika (forma cylindryczna) o średnicy 0,75 m i wysokości 1,25 m, zanurzona w wodzie.

Znajdź objętość dziennika (w naszym przykładzie objętość cylindra) W zależności od wzoru V = π (promień) (wysokość) = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.

Następnie oblicz siłę pchania: f_B = 0,55 m × 1000 kg / m × 9.81 N / kg = 5395.5.

Teraz znajdź grawitację: g = (20 kg) (9,81 m / s) = 196.2. Ta wartość jest znacznie mniejsza niż wartość siły pchającej, więc dziennik będzie pływać.

6. Użyj powyższych obliczeń dla ciała zanurzonego w gazie. Pamiętaj, że ciała mogą pływać nie tylko w płynie, ale także w gazach, które mogą pchać trochę ciał, pomimo bardzo małej gęstości gazu (pamiętaj o piłce, wypełnionej helem gęstością helu mniej gęstością powietrza, więc balon z muchami helowymi ( pływa) w powietrzu).

Metoda 2 z 2:

Eksperyment insceniczny

jeden. Umieść małą kubek w wiadrze. W tym prostym eksperymencie pokazujemy, że siła pchająca działa na ciele, ponieważ ciało wyrzuca objętość cieczy równą zanurzonej objętości ciała. Pokażmy również, jak znaleźć siłą pchającą z eksperymentem. Na początku, umieść małą kubek w wiadrze (lub patelni).

Obraz zatytułowany Oblicz Wydajność Krok 8

2. Wypełnij kubek wodą (do krawędzi). bądź ostrożny! Jeśli woda z kubka spowodowała wiadro, wlać wodę i zacznij od.

Aby uzyskać eksperyment, założyć, że gęstość wody wynosi 1000 kg / m (tylko wtedy, gdy nie używasz słonej wody ani innej cieczy).

Użyj pipety, aby wypełnić kubek na krawędzie.

Obraz zatytułowany Oblicz Wydajność Krok 9

3. Weź mały obiekt, który pasuje do kubka i nie zostanie uszkodzony przez wodę. Znajdź dużo tego ciała (w kilogramach - dla tego ważą ciało na skalach i konwertować wartość w gramach na kilogram). Następnie powoli obniżaj obiekt do kubka wodą (to jest, zanurz ciało do wody, ale nie zanurzaj palców). Zobaczysz, że niektóre wodę wynikały z kubka w wiadrze.

W tym eksperymencie będziemy niższy w filiżance z samochodem wodnym ważeniem 0,05 kg. Objętość tego samochodu nie musimy obliczyć siły wyrzucania.

Obraz zatytułowany Oblicz Wydajność Krok 10

cztery. Kiedy zanurzając ciało w wodzie, popycha objętość wody (w przeciwnym razie ciało nie zanurzy się w wodzie). Gdy ciało popycha wodę (to jest, że ciało działa na wodzie), siła pchająca zaczyna się organizm (czyli, woda działa na organizmie). Wlać wodę z wiadra do kubka pomiarowego. Objętość wody w kubku pomiarowym powinna być równa objętościowi zanurzonego ciała.

Innymi słowy, jeśli ciało unosi się, objętość przesuniętego płynu jest równa zanurzonej objętości ciała. Jeśli ciało utonął, objętość przesuniętej cieczy jest równa objętości całego ciała.

pięć. Oblicz masę wysiedlonej wody zgodnie ze znanymi wartościami objętości tej wody i gęstości wody. Wartość objętości wody pokazanej przez szkło pomiarowe, konwertować na m (możesz to zrobić tutaj), a następnie pomnóż objętość przesuniętej wody na gęstości wody (1000 kg / m).

W naszym przykładzie utopił samochód zabawka, mający nafty o dwóch łyżkach wody (0,00003 m). Obliczamy masę wysiedlonej wody: 1000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 kg.

Obraz zatytułowany Oblicz Pływalność Krok 12

6. Porównaj masę wysiedlonej wody z masą zanurzonego ciała. Jeśli masa zanurzonego korpusu jest większa niż masa wysiedlonej wody, to ciało się utopi. Jeśli masa wybitnej wody jest więcej masy ciała, unosi się. Dlatego, aby organizm do pływania, powinien wykazywać ilość wody z masą przekraczającą samą organizm.

Tak więc ciała mające małą masę, ale dużą objętość, posiadają najlepszą pływalność. Te dwa parametry są charakterystyczne dla pustych ciał. Pamiętaj o łodzi - ma doskonałą pływalność, ponieważ jest pusta i wyczerpuje dużo wody z małą masą samej łodzi. Jeśli łódź nie była pusta, nie płynie w ogóle (i ton).

W naszym przykładzie masa samochodu (0,05 kg) jest większa niż masa wysiedlonej wody (0,03 kg). Więc samochód i utopiony.