Indhold

• Trin
• Råd
• Hvad du har brug for

Flydende kraft er den kraft, der virker på en genstand nedsænket i væske i den modsatte retning af tyngdekraften. Når en genstand placeres i en væske, skubber genstandens vægt væsken ned (væske eller gas), mens opdriften skubber genstanden opad i den modsatte retning af tyngdekraften. Generelt kan denne opdrift beregnes ved hjælp af ligninger F_b = V_S × D × g, hvor F_b er opdrift, V_S er volumenet af den neddykkede del, D er densiteten af ​​væsken, der omgiver objektet, og g er tyngdekraften. For at lære at bestemme et objekts opdrift skal du starte med trin 1 nedenfor.

Trin

Metode 1 af 2: Brug ligningen med flydende kraft

1. 

   Find lydstyrken den nedsænkede del af objektet. Opdriften, der virker på objektet, er direkte korreleret med den nedsænkede volumendel af objektet. Med andre ord, jo større vasken på en solid krop er, jo stærkere opdrift virker på den. Det vil sige, selvom genstanden er helt nedsænket i væsken, virker der stadig en opdrift på den. For at begynde at beregne opdriftskraften, der virker på en genstand, er det første trin normalt at bestemme volumenvolumenet, der er gennemblødt i væsken. I ligningen for den flydende kraft skal denne værdi skrives i m.
   • For et objekt, der er helt nedsænket i væsken, vil det volumen, der er nedsænket, være lig med selve objektets volumen. For supernatanten af ​​væsken betragter vi kun volumenfraktionen under væskeoverfladen.
   • Lad os for eksempel sige, at vi vil finde opdriften, der virker på en gummikugle, der flyder i vand. Hvis kuglen er en perfekt kugle med en diameter på 1 m, og den flyder med nøjagtigt den ene halvdel neddykket, kan vi finde volumenet af den neddykkede del ved at beregne volumenet af hele kuglen og dele den i halvdelen. Da kuglens volumen er (4/3) π (radius), har vi kuglens volumen til at være (4/3) π (0,5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = 0,262 m blev sunket.

2. 

   
   
   Find densiteten af ​​væsken. Det næste trin i at finde flydende kraft er at bestemme densiteten (i kg / m) af den omgivende væske. Densitet er en størrelse målt ved forholdet mellem massen af ​​et stof eller et stof og dets tilsvarende volumen. Med to objekter med samme volumen vil objektet med en højere tæthed være tungere. Den generelle tommelfingerregel er, at jo højere væsketætheden er, desto større opdrift vil det udøve på kroppen, der synker i den. Med væsker er normalt den nemmeste måde at bestemme densitet på via referencer.
   • I eksemplet ovenfor flyder bolden i vandet. Referenceundersøgelseslitteratur fortæller os, at vand har en specifik tæthed 1.000 kg / m.
   • Tætheden af ​​mange almindelige væsker er angivet i den tekniske litteratur. Du kan finde denne liste her.

3. 

   
   
   Find tyngdekraften (eller en anden kraft nedad). Uanset om en genstand synker eller flyder i en væske, er den altid under tyngdekraften. Faktisk handler denne nedadgående kraftkonstant om 9,81 Newton / kg. I tilfælde, hvor der er en anden kraft, der virker på væsken, og kroppen synker i den, såsom den radiale kraft, skal vi også overveje denne kraft, når vi beregner den samlede "nedadgående" kraft for hele systemet.
   • I ovenstående eksempel, hvis vi har et normalt statisk system, kan det antages, at den eneste nedadgående kraft, der virker på væsken og kroppen, er standard tyngdekraften - 9,81 Newton / kg.

4. 

   
   
   Multiplicer volumen efter densitet og tyngdekraft. Når du har værdierne for objektets volumen (i m), væsketætheden (i kg / m) og tyngdekraften (eller Newtons / Kilogram-systemets nedadgående kraft), bliver det let at finde den flydende kraft. . Du skal blot tredoble disse for at finde den flydende kraft i Newtons.
   • Løs eksemplet på problemet ved at tilslutte værdierne til ligningen F_b = V_S × D × g. F_b = 0,262 m × 1.000 kg / m × 9,81 N / kg = 2.570 Newton. De andre enheder ville udslette hinanden og kun efterlade Newton-enheden.

5. 

   Find ud af, om genstanden flyder eller ikke ved at sammenligne med tyngdekraften. Ved hjælp af ligningen til opdrift kan du let finde den kraft, der skubber objektet ud af væsken. Du kan dog også bestemme, om materialet flyder eller synker ned i væsken, hvis du tager et ekstra trin. Find den flydende kraft, der virker på hele kroppen (dvs. brug hele volumen af ​​legeme V_S), find derefter tyngdekraften, der tiltrækker objektet ved ligningen G = (objektets masse) (9,81 m / s). Hvis den flydende kraft er større end tyngdekraften, vil objektet flyde. På den anden side, hvis tyngdekraften er større, vil objektet synke. Hvis disse to kræfter er ens, så siger vi det suspenderet.
   • En ophængt genstand flyder ikke over vand eller synker til bunden, mens den er i vand. Det vil blive suspenderet i væsken mellem overfladen og bunden.
   • Lad os for eksempel sige, at vi vil vide, om en 20 kg cylindrisk trækasse med en diameter på 0,75 meter og en højde på 1,25 meter kan flyde i vand. Vi skal udføre flere trin til dette problem:
     • Den første er at finde volumen ved hjælp af formlen for cylindervolumen V = π (radius) (højde). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.
     • Dernæst forudsætter vi, at vi kender standardvægt og densitet af vandet, løser vi den flydende kraft, der virker på tønden. 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 5.395,5 Newton.
     • Nu er vi nødt til at finde tyngdekraften, der virker på trækassen. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196.2 Newton. Dette resultat er meget mindre end opdriftskraften, så tønden flyder.

6. 

   Brug den samme beregning, når væsken er en gas. Når du løser problemer med opdrift, skal du ikke glemme, at væsken ikke behøver at være en væske. Gasser er også kendt som væsker, selvom de har en meget lille tæthed i forhold til andre typer stoffer, og gas kan stadig afvise nogle af de flydende genstande i den. Heliumboblen er beviset på dette. Da helium i en boble er lettere end væsken omkring den (luft), vil boblen flyve væk! reklame

Metode 2 af 2: Udfør simpelt eksperiment med flydende kraft

1. 

   Læg en lille skål i en større. Med kun et par genstande i huset kan du let se virkningerne af opdrift i praksis. I dette eksperiment viser vi, at når en genstand er nedsænket, vil den lide under opdriften, fordi den indtager stedet for den mængde væske, der er lig med volumenet af den neddykkede genstand. I processen med at udføre eksperimenter viser vi også, hvordan man finder objektets flydende kraft i praksis. Først placerer du en lille beholderløs kapsel, som en skål eller kop, i en større beholder, såsom en stor skål eller spand vand.

2. 

   Fyld en lille kant til kant beholder med vand. Du skal hælde vandet tæt på kanten uden at spilde det. Vær forsigtig med dette trin! Hvis du lader vandet løbe over, skal du tømme den store beholder helt og starte forfra.
   • Til dette eksperiment antager vi, at vand har en densitet på 1000 kg / m. Medmindre du bruger saltlage eller en helt anden væske, har de fleste vand en densitet tæt på denne referenceværdi, så resultaterne påvirkes ikke.
   • Hvis du har en dropper, kan du bruge den til at dryppe vand ind i den indre beholder, så vandstanden er op til kanten.

3. 

   Nedsænk en lille genstand. Kig derefter efter en genstand, der kan passe komfortabelt i en lille beholder uden vandskader. Find vægten i kg af dette objekt (du skal bruge skalaen til aflæsningen i gram og derefter konvertere den til kg). Tryk derefter langsomt genstanden i vandet uden at blive fingeren våd, indtil den begynder at flyde, eller du næsten ikke kan holde den, og slip derefter genstanden. Du bør se noget vand spildes over kanten af ​​den indre beholder i den ydre beholder.
   • Lad os i dette eksempel sige, at vi presser en 0,05 kg legetøjsbil i sin indre beholder. Vi behøver ikke at kende bilens volumen for at beregne flydeevnen, som vi ved i næste trin.

4. 

   Saml og mål vandoverløbet. Når du presser en genstand ned i vandet, tager den plads til noget vand - ellers er der ikke plads til at fordybe den i vandet. Når det skubber vand ud af gangen, afviser det og skaber opdrift. Saml det spildte vand fra den indre beholder og hæld det i den lille målekop. Vandmængden i koppen skal svare til volumenet på den neddykkede genstand.
   • Med andre ord, hvis objektet flyder, vil volumenet af vand, der overløber, være lig med volumenet af objektet nedsænket under vandoverfladen. Hvis objektet synker, vil volumenet af vandoverløb være lig med volumenet af hele objektet.

5. 

   Beregn mængden af ​​spildt vand. Da du kender tætheden af ​​vand og kan måle volumenet af vand, der flyder over i en målekop, beregner du volumenet af vand. Konverter lydstyrken til m (en online-enhedsomformer som denne kan hjælpe her) og gang den med densiteten af ​​vand (1.000 kg / m).
   • I eksemplet ovenfor antager du, at legetøjsbilen er nedsænket i sin indre beholder og optager ca. 2 spsk (0,00003 m) vand. For at finde massen af ​​vand multipliceres dette med densitet: 1.000 kg / m × 0.00003 m = 0,03 kg.

6. 

   Sammenlign volumen af ​​fortrængt vand og genstandens masse. Nu hvor du kender masserne af både det nedsænkede og det fordrevne vand, skal du sammenligne disse to værdier. Hvis genstandens masse er større end volumenet af forskudt vand, vil objektet synke. På den anden side, hvis volumenet af det fortrængte vandvolumen er større, vil objektet flyde. Dette er princippet om opdrift i praksis - for et flydende legeme skal det fortrænge en vandmasse, der er større end selve legemets masse.
   • Derfor er objekter, der er lette, men store i volumen, de bedste flydende objekter. Denne egenskab indikerer, at hule genstande kan flyde meget godt. Lad os se på kanoen - den flyder godt, fordi den er hul indeni, så den kan tage meget vand, men massen er ikke for tung. Hvis kanoen var tyk indeni, kunne den ikke flyde godt.
   • I eksemplet ovenfor er et køretøj med en masse på 0,05 kg større end et volumen vand fortrængt med 0,03 kg. Dette er i tråd med det, vi observerer: bilen er sunket.
   reklame

Råd

• Brug en nul-justerbar skala efter hver vejning for at få nøjagtige værdier.

Hvad du har brug for

• Lille kop eller skål
• Stor skål eller tønde
• Små genstande, der kan nedsænkes i vand (som en gummikugle)
• Målebæger