Jak obliczyć ciąg: 12 kroków (ze zdjęciami) - Wskazówki

Wideo: Fizyka - Siła dośrodkowa oraz odśrodkowa

Zawartość

Kroki
Porady
Niezbędne materiały

Parcie to siła działająca w kierunku przeciwnym do grawitacji, która działa na wszystkie obiekty zanurzone w płynie. Kiedy obiekt jest umieszczony w płynie, jego ciężar popycha płyn (ciecz lub gaz), podczas gdy siła wyporu popycha obiekt w górę, działając wbrew grawitacji. Ogólnie rzecz biorąc, siłę tę można obliczyć za pomocą równania fa_b = V_s × D × g, gdzie F._b jest siłą wyporu, V_s to objętość zanurzona, D to gęstość płynu, w którym obiekt jest zanurzony, a g to siła grawitacji. Aby dowiedzieć się, jak określić siłę ciągu obiektu, zobacz krok 1, aby rozpocząć.

Kroki

Metoda 1 z 2: Korzystanie z równania siły wyporu

Znajdź objętość zanurzonej części obiektu. Siła wyporu działająca na obiekt jest wprost proporcjonalna do objętości obiektu, który jest zanurzony. Innymi słowy, im bardziej trwały obiekt, tym większa siła wyporu działająca na niego. Oznacza to, że nawet przedmioty, które zatapiają się w cieczy, mają siłę popychającą je do góry. Aby rozpocząć obliczanie tej intensywności, pierwszym krokiem jest określenie objętości obiektu, który jest zanurzony. W równaniu ta wartość musi być podana w metrach.
- W przypadku obiektów całkowicie zanurzonych w płynie objętość zanurzona jest taka sama jak obiekt. Dla tych, którzy unoszą się na powierzchni płynu, pod uwagę brana jest tylko objętość poniżej powierzchni.
- Jako przykład załóżmy, że chcemy znaleźć siłę wyporu działającą na gumową kulkę unoszącą się w wodzie. Jeśli kula jest idealną kulą o średnicy jednego metra i unosi się na pół w wodzie, możemy obliczyć objętość części zanurzonej, znajdując całkowitą objętość kuli i dzieląc ją przez dwa. Ponieważ objętość kuli jest określona jako (4/3) π (promień), wiadomo, że otrzymamy wynik (4/3) π (0,5) = 0,524 metra. 0,524 / 2 = 0,262 metra pod wodą.
Znajdź gęstość swojego płynu. Kolejnym krokiem w procesie znajdowania siły wyporu jest określenie gęstości (w kilogramach / metr), w jakiej obiekt jest zanurzony. Gęstość jest miarą przedmiotu lub względnej masy substancji według objętości. Biorąc pod uwagę dwa obiekty o jednakowej objętości, ten o największej gęstości waży najwięcej. Z reguły im większa gęstość płynu, tym większa siła wyporu. W przypadku płynów zwykle łatwiej jest określić gęstość, patrząc na materiały odniesienia.
- W naszym przykładzie kula unosi się w wodzie. Konsultując się z siłą akademicką, możemy stwierdzić, że gęstość wody jest około 1000 kilogramów / metr.
- Gęstości innych popularnych płynów są wymienione w źródłach technicznych. Taką listę można znaleźć tutaj.
Znajdź siłę grawitacji (lub inną siłę działającą w dół). Niezależnie od tego, czy obiekt unosi się, czy jest całkowicie zanurzony, zawsze podlega sile grawitacji. W prawdziwym świecie ta stała siła jest równa 9,81 niutonów / kg. Jednak w sytuacjach, gdy inna siła, taka jak wirówka, działa na płyn i zanurzony obiekt, należy je również uwzględnić, aby określić całkowitą siłę skierowaną w dół.
- W naszym przykładzie, jeśli mamy do czynienia ze zwykłym i stacjonarnym układem, możemy założyć, że jedyną działającą siłą jest wspomniana powyżej siła grawitacji.
- A co by było, gdyby nasza kula unosiła się w wiadrze z wodą, wirując z dużą prędkością po poziomym kole? W tym przypadku, zakładając, że wiadro obraca się wystarczająco szybko, aby zapewnić, że zarówno woda, jak i kula nie spadną, siła skierowana w dół w tej sytuacji pochodziłaby z siły odśrodkowej wytworzonej przez ruch wiadra, a nie z grawitacji ziemi.
Pomnóż objętość × gęstość × grawitację. Kiedy masz wartości dotyczące objętości obiektu (w metrach), gęstości płynu (w kilogramach / metr) i siły grawitacji (lub siły docisku twojego układu), znalezienie siły wyporu jest łatwe. Po prostu pomnóż te trzy wielkości, aby znaleźć siłę w niutonach.
- Rozwiążmy nasz przykład, zastępując nasze wartości w równaniu F._b = V_s × D × g. fa_b = 0,262 m × 1000 kilogramów / metr × 9,81 niutonów / kilogram = 2570 niutonów.
Dowiedz się, czy Twój obiekt unosi się, porównując go z siłą grawitacji. Korzystając z równania siły wyporu, łatwo jest obliczyć siłę, która wypycha przedmiot z płynu, w którym jest zanurzony. Jednak wykonując trochę więcej pracy, możesz również określić, czy obiekt będzie pływał, czy tonął. Po prostu znajdź siłę wyporu dla obiektu (innymi słowy, użyj całej jego objętości jako V._s), a następnie znajdź siłę grawitacji za pomocą równania G = (masa obiektu) (9,81 m / s). Jeśli siła wyporu jest większa niż siła grawitacji, obiekt unosi się na wodzie. Ale jeśli siła grawitacji będzie większa, opadnie. Jeśli są takie same, mówi się, że obiekt jest „neutralny”.
- Na przykład, powiedzmy, że chcemy wiedzieć, czy 20-kilogramowa cylindryczna drewniana beczka o średnicy 0,75 metra i wysokości 1,25 metra będzie unosić się w wodzie. Wymaga to kilku kroków:
  - Jego objętość możemy obliczyć ze wzoru V = π (promień) (wysokość). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 metra.
  - Następnie, przyjmując domyślne wartości grawitacji i gęstości wody, możemy wyznaczyć siłę wyporu w beczce. 0,55 m × 1000 kilogramów / metr × 9,81 niutonów / kilogram = 5395,5 niutonów.
  - Teraz musimy znaleźć siłę grawitacji w beczce. G = (20 kg) (9,81 metra / sekundę) = 196,2 niutonów. Jest znacznie mniejsza niż siła wyporu, więc lufa będzie pływać.
Użyj tej samej techniki, gdy twój płyn jest gazem. Podczas rozwiązywania problemów ripo pamiętaj, że fluid nie musi być cieczą. Gazy są również uważane za płynne i pomimo niższej gęstości w porównaniu z innymi rodzajami materiałów, nadal mogą utrzymać ciężar niektórych obiektów. Dowodem na to jest prosty balon wypełniony helem. Ponieważ gaz w balonie jest mniej gęsty niż otaczający płyn, pływa!

Metoda 2 z 2: Wykonanie prostego eksperymentu ciągu

Umieść małą filiżankę lub miskę w większym pojemniku. W przypadku niektórych artykułów gospodarstwa domowego łatwo jest zobaczyć zasady pływalności w akcji! W tym prostym eksperymencie pokażemy, że zanurzony obiekt doświadcza siły wyporu, ponieważ wypiera objętość płynu równą objętości zanurzonego obiektu. Robiąc to, pokazujemy również, jak wyznaczyć siłę wyporu eksperymentu. Na początek umieść mały pojemnik, taki jak miska lub filiżanka, w większym pojemniku, takim jak większa miska lub wiadro.
Napełnij pojemnik od wewnątrz do krawędzi. Następnie napełnij większy pojemnik wodą. Chcesz, aby poziom wody przekraczał krawędź bez przewracania się. Bądź ostrożny! W przypadku rozlania wody opróżnij większy pojemnik przed ponowną próbą.
- W tym eksperymencie można bezpiecznie założyć, że woda ma gęstość wody o standardowej wartości 1000 kilogramów / metr. O ile nie używasz słonej wody lub innego płynu, większość rodzajów wody ma gęstość zbliżoną do odniesienia.
- Jeśli masz zakraplacz, bardzo przydatne może być sprawdzenie poziomu wody w pojemniku wewnętrznym.
Zanurz mały przedmiot. Teraz znajdź mały przedmiot, który mieści się w wewnętrznym pojemniku i nie zostanie uszkodzony przez wodę. Znajdź masę tego obiektu w kilogramach (użyj do tego skali). Następnie, nie mocząc palców, zanurz przedmiot w wodzie, aż zacznie pływać lub nie będziesz mógł go dłużej trzymać. Powinieneś zauważyć, że woda z pojemnika wewnętrznego wycieka do pojemnika zewnętrznego.
- Na potrzeby naszego przykładu załóżmy, że umieszczamy wózek zabawkowy o masie 0,05 kg wewnątrz pojemnika wewnętrznego. Nie musimy znać objętości samochodu, aby obliczyć ciąg, jak zobaczymy dalej.
Zbierz i zmierz rozlaną wodę. Kiedy zanurzasz jakiś przedmiot w wodzie, następuje przemieszczenie wody; gdyby tak się nie stało, nie miałby miejsca na wejście do wody. Kiedy popycha płyn, woda odpycha się, powodując ciąg. Weź rozlaną wodę i włóż ją do miarki. Objętość wody musi być równa objętości zanurzonej.
- Innymi słowy, jeśli twój obiekt unosi się na wodzie, objętość rozlanej wody będzie równa objętości przedmiotu zanurzonego w wodzie. Jeśli twój przedmiot tonie, objętość rozlewanej wody jest równa objętości całego obiektu.
Oblicz wagę rozlanej wody. Ponieważ znasz gęstość wody i możesz zmierzyć objętość, która została rozlana, możesz znaleźć masę. Po prostu przelicz objętość na metry (przydatne może być narzędzie do przeliczania online, takie jak to) i pomnóż przez gęstość wody (1000 kg / metr).
- W naszym przykładzie załóżmy, że nasz wózek zatonął i przesunął się o dwie łyżki (0,00003 metra).Aby znaleźć masę wody, mnożymy ją przez jej gęstość: 1000 kilogramów / metr × 0,00003 metra = 0,03 kg.
Porównaj przemieszczoną objętość z masą obiektu. Teraz, gdy znasz już zanurzoną i przemieszczoną masę, porównaj je, aby zobaczyć, która z nich jest większa. Jeżeli masa zanurzonego przedmiotu w pojemniku wewnętrznym jest większa niż przemieszczona masa wody, musi on zatonąć. Ale jeśli przemieszczona masa wody jest większa niż, obiekt musiał pływać. To jest zasada wyporu; aby obiekt unosił się, musi wyprzeć masę wody większą niż obiekt.
- Mimo to obiekty o mniejszej masie, ale większej objętości są obiektami, które najczęściej unoszą się na wodzie. Ta właściwość oznacza, że puste obiekty unoszą się na wodzie. Pomyśl o czółnie; pływa, ponieważ jest pusty, więc może przemieszczać dużo wody bez konieczności posiadania dużej masy. Gdyby kajaki były solidne, nie pływałyby dobrze.
- W naszym przykładzie samochód ma masę 0,05 kg, większą niż wyparta woda, 0,03 kg. To potwierdza nasz wynik: samochód tonie.