Hoe om te bereken dryf (met prente)

Dryfkrag is die krag wat teenoor die rigting van swaartekrag optree wat alle voorwerpe wat in `n vloeistof ondergedompel is, beïnvloed. Wanneer `n voorwerp in `n vloeistof geplaas word, stoot die gewig van die voorwerp op die vloeistof (vloeistof of gas) terwyl `n opwaartse dryfkrag op die voorwerp opwaarts stoot, teen swaartekrag optree. In die algemeen kan hierdie dryfkrag met die vergelyking bereken word F_b = V_s × D × g, waar f_b is die dryfkrag wat op die voorwerp optree, v_s is die ondergedompelde volume van die voorwerp, D is die digtheid van die vloeistof wat die voorwerp ingeënt word, en G is die swaartekrag. Om te leer hoe om `n voorwerp se dryfkrag te bepaal, sien stap 1 hieronder om te begin.

Stappe

Metode 1 van 2:

Gebruik die dryfkragvergelyking

Vind die volume van die ondergedompelde gedeelte van die voorwerp. Die krag van die dringendheid wat op `n voorwerp optree, is direk eweredig aan die volume van die voorwerp wat ondergedompel is. Met ander woorde, hoe meer van `n soliede voorwerp wat ondergedompel is, hoe groter is die krag van die dringendheid wat daarop handel. Dit beteken dat selfs voorwerpe wat in vloeistof sink, `n dryfkragkrag op hulle opwaarts het. Om te begin om die dryfkrag te bereken wat op `n voorwerp optree, moet u eerste stap oor die algemeen wees om die volume van die voorwerp wat in vloeistof ondergedompel is, te bepaal. Vir die opvallende kragvergelyking moet hierdie waarde in meter wees.

Vir voorwerpe wat heeltemal in vloeistof ondergedompel is, sal die ondergedompelde volume gelyk wees aan die volume van die voorwerp self. Vir voorwerpe wat op die oppervlak van `n vloeistof swaai, word slegs die volume onder die oppervlak van die vloeistof oorweeg.
As voorbeeld, laat ons sê dat ons die dringendheidskrag wil vind wat op `n rubberbal in water dryf. As die bal `n perfekte sfeer is met `n deursnee van 1 meter (3.3 voet) En dit dryf presies halfpad in die water, kan ons die volume van die onderwatergedeelte vind deur die volume van die hele bal te vind en dit in die helfte te verdeel. Aangesien die volume van `n sfeer (4/3) π (radius) is, weet ons ons bal se volume is (4/3) π (0.5) = 0.524 meter. 0.524/2 = 0.262 meter ondergedompel.

Vind die digtheid van jou vloeistof. Die volgende stap in die proses om die dryfkrag te vind, is om die digtheid (in kilogram / meter) van die vloeistof te definieer wat die voorwerp ondergedompel word. Digtheid is `n maatstaf van `n voorwerp of stof se gewig relatief tot die volume daarvan. Gegewe twee voorwerpe van gelyke volume, sal die voorwerp met die hoër digtheid meer weeg. As `n reël is hoe hoër die digtheid van die vloeistof `n voorwerp ingeënt word, hoe groter is die krag van dryfkrag. Met vloeistowwe is dit die algemeen die maklikste om digtheid te bepaal, bloot deur dit in verwysingsmateriaal te ondersoek.

In ons voorbeeld is ons bal in water swaai. Deur `n akademiese bron te raadpleeg, kan ons vind dat water `n digtheid het van ongeveer 1.000 kilogram / meter.

Die digthede van baie ander algemene vloeistowwe word in ingenieursbronne gelys. Een sodanige lys kan gevind word hier.

3. Vind die swaartekrag (of `n ander afwaartse krag). Of `n voorwerp in die vloeistof sink of dryf in die vloeistof wat dit ingedompel het, is dit altyd onderhewig aan die swaartekrag. In die regte wêreld is hierdie konstante afwaartse krag gelyk aan ongeveer 9.81 Newton / kilogram. In gevalle waar `n ander krag, soos sentrifugale krag, op die vloeistof optree en die voorwerp daarin ondergedompel word, moet dit ook in ag geneem word om die totaal te bepaal "afwaarts" krag vir die hele stelsel.

In ons voorbeeld, as ons te doen het met `n gewone, stilstaande stelsel, kan ons aanvaar dat die enigste afwaartse krag wat op die vloeistof en voorwerp optree, die standaard krag van swaartekrag is - 9.81 Newton / kilogram.

4. Vermenigvuldig volume × digtheid × swaartekrag. Wanneer u waardes het vir die volume van u voorwerp (in meter), die digtheid van u vloeistof (in kilogram / meter) en die krag van swaartekrag (of die afwaartse krag van u stelsel in newton / kilogram), vind u die opvallende krag Is maklik. Vermenigvuldig hierdie 3 hoeveelhede om die krag van die dringendheid in Newton te vind.

Kom ons los ons voorbeeldprobleem op deur ons waardes in die vergelyking te verlig_b = V_s × D × g. F_b = 0.262 meter × 1.000 kilogram / meter × 9.81 Newton / kilogram = 2,570 Newton. Die ander eenhede kanselleer mekaar uit en laat jou met Newton.

5. Vind of jou voorwerp dryf deur te vergelyk met sy swaartekrag. Die gebruik van die dryfkragvergelyking is dit maklik om die krag te vind wat `n voorwerp uit die vloeistof is wat dit onderdompel. Maar met `n bietjie ekstra werk is dit ook moontlik om te bepaal of die voorwerp sal dryf of sink. Vind eenvoudig die droeiersmag vir die hele voorwerp (met ander woorde, gebruik sy hele volume as v_s), vind dan die swaartekrag wat dit afdruk met die vergelyking g = (massa van voorwerp) (9.81 meter / sekonde). As die krag van die dringendheid groter is as die swaartekrag, sal die voorwerp dryf. Aan die ander kant, as die swaartekrag groter is, sal dit sink. As hulle gelyk is, word die voorwerp gesê neutraal lewendig.

`N neutrale lewendige voorwerp sal nie op die oppervlak dryf of na die bodem afwyk wanneer dit in water is nie. Dit sal net iewers tussen die boonste en onderste in die vloeistof opgeskort word.

Byvoorbeeld, kom ons sê ons wil weet of `n 20 kilogram silindriese houtvat met `n deursnee van .75 meter (2.5 voet) en `n hoogte van 1.25 meter (4.1 voet) sal in water dryf. Dit sal verskeie stappe doen:

Ons kan sy volume vind met die silindriese volume formule V = π (radius) (hoogte). V = π (.375) (1.25) = 0.55 meter.

Vervolgens, met die aanvaarding van gewone swaartekrag en water met gewone digtheid, kan ons op die vat die krag van dryfkrag oplos. 0.55 meter × 1000 kilogram / meter × 9.81 Newton / kilogram = 5,395.5 Newton.

Nou moet ons die swaartekrag op die loop kry. G = (20 kg) (9.81 meter / sekonde) = 196.2 Newton. Dit is veel minder as die dryfkrag, dus sal die vat swaai.

6. Gebruik dieselfde benadering wanneer jou vloeistof `n gas is. Wanneer u opvallingsprobleme uitvoer, moenie vergeet dat die vloeistof wat die voorwerp ondergedompel is nie, hoef nie noodwendig `n vloeistof te wees nie. Gasse tel ook as vloeistowwe, en hoewel hulle baie lae digthede het in vergelyking met ander tipes materie, kan die gewig van sekere voorwerpe wat in hulle swaai, steeds ondersteun. `N Eenvoudige heliumballon is bewys hiervan. Omdat die gas in die ballon minder dig is as die vloeistof rondom dit (gewone lug), dryf dit!

Metode 2 van 2:

Uitvoering van `n eenvoudige drijncy-eksperiment

1. Plaas `n klein bak of koppie in `n groter een. Met `n paar huishoudelike items is dit maklik om die beginsels van dryfkrag in aksie te sien! In hierdie eenvoudige eksperiment sal ons demonstreer dat `n ondergedompelde voorwerp dringendheid ervaar omdat dit `n volume vloeistof gelyk aan die volume van die voorwerp wat ondergedompel is, verplaas. Soos ons dit doen, sal ons ook demonstreer hoe om `n voorwerp se dryfkrag met hierdie eksperiment prakties te vind. Om te begin, plaas `n klein oop houer, soos `n bak of `n koppie, binne `n groter houer, soos `n groot `n bak of `n emmer.

2. Vul die binneste houer aan die rand. Vul dan die klein innerlike houer met water. Jy wil hê die watervlak moet bo-aan die houer wees sonder om te mors. Wees versigtig hier! As jy enige water mors, maak die groter houer leeg voordat jy weer probeer.

Vir die doeleindes van hierdie eksperiment is dit veilig om aan te neem dat water `n standaarddigtheid van 1000 kilogram / meter het. Tensy jy soutwater of `n ander vloeistof heeltemal gebruik, sal die meeste soorte water `n digtheid hê wat genoeg is vir hierdie verwysingswaarde dat enige klein verskil nie ons resultate sal verander nie.

As jy `n oogdropper handig het, kan dit baie nuttig wees om die water in die binneste houer af te gradeer.

3. Onderdompel `n klein voorwerp. Volgende, vind `n klein voorwerp wat binne die binneste houer kan pas en sal nie deur water beskadig word nie. Vind hierdie voorwerp se massa in kilogram (jy wil dalk `n skaal of balans gebruik wat jou gram kan gee en omskep in kilogram). Dan, sonder om jou vingers nat te laat nat, stadig en stewig doop dit in die water totdat dit begin dryf of jy kan net skaars daaraan hou, laat dan los. U moet sommige van die water in die innerlike houer oor die rand in die buitenste houer opgemerk.

Vir die doeleindes van ons voorbeeld, laat ons sê dat ons `n speelgoedmotor met `n massa van 0 verlaag.05 kilogram in die binneste houer. Ons hoef nie die volume van hierdie motor te ken om sy dryfkrag te bereken nie, soos ons in die volgende stap sal sien.

4. Versamel en meet die water wat oorval. Wanneer u `n voorwerp in water onderdompel, verplaas dit sommige van die water - as dit nie gedoen het nie, sou daar geen ruimte wees om die water te betree nie. Wanneer dit hierdie water uit die pad stoot, stoot die water terug, wat lei tot dringendheid. Neem die water wat uit die binneste houer uitgegooi word en dit in `n klein glasbeker gooi.Die volume water in die beker moet gelyk wees aan die volume van die ondergedompelde voorwerp.

Met ander woorde, as jou voorwerp dryf, sal die volume van die water wat oorval, gelyk wees aan die volume van die voorwerp wat onder die oppervlak van die water ondergedompel word. As jou voorwerp gesink het, sal die volume van die water wat oorstroom word, gelyk wees aan die volume van die hele voorwerp.

5. Bereken die gewig van die gemorste water. Aangesien u die digtheid van water ken en u kan die volume van die water wat in die maatbeker mors, meet, kan u sy massa vind. Omskep eenvoudig sy volume na meter (`n aanlyn-omskakelingsinstrument, soos hierdie een, kan hier behulpsaam wees) en vermenigvuldig dit deur die digtheid van water (1.000 kilogram / meter).

Laat ons in ons voorbeeld sê dat ons speelgoedmotor in die binneste houer gesink het en omtrent twee eetlepels ontwrig het (.00003 meter). Om die massa van ons water te vind, sal ons dit vermenigvuldig deur sy digtheid: 1.000 kilogram / meter × .00003 meter = 0.03 kilogram.

6. Vergelyk die ontheemde water se massa na die voorwerp se massa. Noudat jy die massa van beide die voorwerp wat jy in water en die massa van die water wat dit ontheem het, ken, vergelyk hulle om te sien wat groter is. As die massa van die voorwerp wat in die innerlike houer ondergedompel is, groter is as dié van die ontheemde water, moet dit gesink het. Aan die ander kant, as die massa van die ontheemde water groter is, moet die voorwerp gedryf het. Dit is die beginsel van die dringendheid in aksie - vir `n voorwerp om lewendig te wees (dryf), moet dit `n hoeveelheid water met `n massa groter as dié van die voorwerp self verplaas.

Dus, voorwerpe met lae massas, maar groot volumes is die mees opvallende tipes voorwerpe. Hierdie eiendom beteken hol voorwerpe is veral lewendig. Dink aan `n kano - dit dryf goed omdat dit in die binnekant hol is, sodat dit baie water kan verplaas sonder om `n baie hoë massa te hê. As kano`s solied was, sal hulle glad nie goed swaai nie.

In ons voorbeeld het die motor `n hoër massa (0.05 kilogram) as die water wat dit verplaas het (0.03 kilogram). Hierdie reëls met wat ons waargeneem het: die motor het gesink.