Содержание

• меры
• подсказки
• Необходимые материалы

Тяга - это сила, действующая в направлении, противоположном направлению силы тяжести, которая воздействует на все объекты, погруженные в жидкость. Когда объект помещается в жидкость, его вес толкает жидкость (жидкость или газ), в то время как выталкивающая сила толкает объект вверх, действуя против силы тяжести. В общих чертах эту силу можно рассчитать с помощью уравнения F_В = V_s × D × г, где F_В - подъемная сила, В_s - погруженный объем, D - плотность жидкости, в которую погружен объект, а g - сила тяжести. Чтобы узнать, как определить тягу объекта, см. Шаг 1 для начала.

меры

Метод 1 из 2: Использование уравнения силы плавучести

1. 

   Найдите объем погруженной части объекта. Выталкивающая сила, действующая на объект, прямо пропорциональна объему погружаемого объекта. Другими словами, чем тверже объект, тем больше на него действует выталкивающая сила. Это означает, что даже предметы, которые погружаются в жидкость, имеют силу, толкающую их вверх. Чтобы начать вычислять эту интенсивность, первым делом необходимо определить объем погружаемого объекта. Для уравнения это значение должно быть в метрах.
   • Для объектов, которые полностью погружены в жидкость, погруженный объем такой же, как и объект. Для тех, кто плавает на поверхности жидкости, рассматривается только объем ниже поверхности.
   • В качестве примера предположим, что мы хотим найти выталкивающую силу, действующую на резиновый мяч, плавающий в воде. Если шар представляет собой идеальную сферу диаметром один метр и плавает пополам в воде, мы можем найти объем погруженной части, найдя общий объем сферы и разделив его на два. Поскольку объем сферы определяется как (4/3) π (радиус), известно, что мы получим результат (4/3) π (0,5) = 0,524 метра. 0,524 / 2 = 0,262 метра под водой.

2. 

   
   
   Найдите плотность вашей жидкости. Следующим шагом в процессе определения выталкивающей силы является определение плотности (в килограммах / метр), при которой объект находится под водой. Плотность - это мера объекта или относительный вес вещества по объему. Учитывая два объекта равного объема, больше всего весит тот, у которого самая высокая плотность. Как правило, чем больше плотность жидкости, тем большую выталкивающую силу она оказывает. В случае жидкостей, как правило, легче определить плотность, глядя на стандартные образцы.
   • В нашем примере мяч плавает в воде. Посоветовавшись с академическим персоналом, мы можем выяснить, что плотность воды составляет около 1000 кг / метр.
   • Плотности других распространенных жидкостей указаны в технических источниках. Такой список можно найти здесь.

3. 

   
   
   Найдите силу тяжести (или другую направленную вниз силу). Независимо от того, плавает ли объект или полностью погружен в воду, он всегда подвержен силе тяжести. В реальном мире эта постоянная сила равна 9,81 Ньютона / кг, Однако в ситуациях, когда другая сила, такая как центрифуга, действует на жидкость и погруженный объект, их также необходимо учитывать для определения общей направленной вниз силы.
   • В нашем примере, если мы имеем дело с обычной стационарной системой, мы можем предположить, что единственная сила, действующая вниз, - это сила тяжести, упомянутая выше.
   • Однако что, если бы наш мяч плыл в ведре с водой, вращаясь с огромной скоростью по горизонтальному кругу? В этом случае, если предположить, что ведро вращается достаточно быстро, чтобы гарантировать, что и вода, и мяч не упадут, нисходящая сила в этой ситуации будет происходить из центробежной силы, создаваемой движением ковша, а не гравитацией земли.

4. 

   
   
   Умножьте объем × плотность × плотность. Когда у вас есть значения для объема вашего объекта (в метрах), плотности вашей жидкости (в фунтах на метр) и силы тяжести (или нисходящей силы вашей системы), найти подъемную силу легко. Просто умножьте эти три величины, чтобы найти силу в ньютонах.
   • Давайте решим наш пример, заменив наши значения в уравнении F_В = V_s × Д × г. F_В = 0,262 метра × 1000 кг / метр × 9,81 ньютона / кг = 2570 Ньютонов.

5. 

   Узнайте, плавает ли ваш объект, сравнив его с силой тяжести. Используя уравнение силы плавучести, легко найти силу, которая выталкивает объект из жидкости, в которую он погружен. Однако приложив немного больше усилий, вы также можете определить, будет ли объект плавать или тонуть. Просто найдите подъемную силу объекта (другими словами, используйте весь его объем как V_s), затем найдите силу тяжести с помощью уравнения G = (масса объекта) (9,81 м / сек). Если подъемная сила больше силы тяжести, объект будет плавать. Но если сила тяжести больше, он утонет. Если они совпадают, объект считается «нейтральным».
   • Например, предположим, что мы хотим знать, будет ли в воде плавать 20-килограммовая цилиндрическая деревянная бочка диаметром 0,75 метра и высотой 1,25 метра. Это требует нескольких шагов:
     • Его объем можно найти по формуле V = π (радиус) (высота). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 метра.
     • После этого, приняв значения по умолчанию для силы тяжести и плотности воды, мы можем определить выталкивающую силу в стволе. 0,55 метра × 1000 кг / метр × 9,81 ньютона / кг = 5395,5 Ньютона.
     • Теперь нам нужно найти силу тяжести в стволе. G = (20 кг) (9,81 м / сек) = 196,2 Ньютона, Это намного меньше подъемной силы, поэтому ствол будет плавать.

6. 

   Используйте ту же технику, когда ваша жидкость представляет собой газ. При решении задач рипо помните, что жидкость не обязательно должна быть жидкостью. Газы также считаются жидкими и, несмотря на меньшую плотность по сравнению с другими типами материалов, они все же могут выдерживать вес некоторых объектов. Доказательство тому - простой гелиевый шар. Поскольку газ в воздушном шаре менее плотный, чем окружающая жидкость, он плавает!

Метод 2 из 2: Проведение простого эксперимента с тягой

1. 

   Поместите маленькую чашку или миску в большую емкость. С некоторыми предметами домашнего обихода легко увидеть принципы плавучести в действии! В этом простом эксперименте мы продемонстрируем, что погруженный объект испытывает плавучесть, поскольку он вытесняет объем жидкости, равный объему погруженного объекта. При этом мы также демонстрируем, как найти подъемную силу эксперимента. Для начала поместите небольшую емкость, например миску или чашку, в емкость большего размера, например, в большую миску или ведро.

2. 

   Наполните емкость изнутри до края. Затем налейте воду в большую емкость. Вы хотите, чтобы уровень воды был за край, не опрокидываясь. Быть осторожен! Если вы пролили воду, опорожните емкость большего размера перед повторной попыткой.
   • Для этого эксперимента можно с уверенностью предположить, что плотность воды имеет стандартное значение 1000 кг / метр. Если вы не используете соленую воду или другую жидкость, большинство типов воды имеют плотность, близкую к эталонной.
   • Если у вас есть капельница, может быть очень полезно проверить уровень воды во внутренней емкости.

3. 

   Погрузите небольшой объект. Теперь найдите небольшой предмет, который помещается во внутреннюю емкость и не будет поврежден водой. Найдите массу этого объекта в килограммах (используйте для этого шкалу). Затем, не намочив пальцы, погрузите предмет в воду до тех пор, пока он не начнет плавать или вы больше не сможете его удерживать. Вы должны заметить, что вода из внутреннего контейнера перетекает во внешний контейнер.
   • Для целей нашего примера предположим, что мы помещаем игрушечную тележку массой 0,05 кг во внутренний контейнер. Нам не нужно знать объем автомобиля для расчета тяги, как мы увидим дальше.

4. 

   Соберите и измерьте пролитую воду. Когда вы погружаете объект в воду, происходит вытеснение воды; в противном случае ему не было бы места, чтобы залезть в воду. Когда он выталкивает жидкость, вода отталкивается, вызывая толчок. Возьмите пролитую воду и налейте ее в мерный стакан. Объем воды должен быть равен объему погруженного в воду.
   • Другими словами, если ваш объект плавает, объем воды, которую вы проливаете, будет равен объему объекта, погруженного в воду. Если ваш объект тонет, объем проливаемой им воды равен объему всего объекта.

5. 

   Рассчитайте вес пролитой воды. Поскольку вы знаете плотность воды и можете измерить пролитый объем, вы можете найти массу. Просто преобразуйте объем в метры (может пригодиться инструмент онлайн-преобразования, подобный этому) и умножьте на плотность воды (1000 кг / метр).
   • В нашем примере предположим, что наша тележка затонула и переместилась примерно на две столовые ложки (0,00003 метра).Чтобы найти массу воды, умножаем ее на ее плотность: 1000 кг / м × 0,00003 метра = 0,03 кг.

6. 

   Сравните смещенный объем с массой объекта. Теперь, когда вы знаете погруженную массу и смещенную массу, сравните их, чтобы увидеть, какая из них больше. Если масса погруженного объекта во внутреннем контейнере больше, чем масса вытесненной воды, значит, он затонул. Но если вытесненная масса воды больше, значит, объект плавал. Это принцип плавучести; чтобы объект плавал, он должен вытеснить массу воды, превышающую массу объекта.
   • Тем не менее, объекты с меньшей массой, но большим объемом - это объекты, которые плавают больше всего. Это свойство означает, что полые объекты плавают. Представьте себе каноэ; он плавает, потому что он полый, поэтому он может перемещать много воды, не имея большой массы. Если бы каноэ были твердыми, они бы не плавали хорошо.
   • В нашем примере автомобиль имеет массу 0,05 кг, больше, чем масса вытесненной воды на 0,03 кг. Это подтверждает наш результат: машина тонет.

подсказки

• Используйте шкалу, которую можно обнулять после каждого измерения, чтобы получить точные измерения.

Необходимые материалы

• Маленькая чашка или миска
• Большая миска или ведро
• Небольшой предмет для погружения (например, резиновый мяч)
• Мензурка