Περιεχόμενο

• Βήματα
• Συμβουλές
• Απαραίτητα υλικά

Η ώθηση είναι η δύναμη που ενεργεί στην αντίθετη κατεύθυνση προς την κατεύθυνση της βαρύτητας που επηρεάζει όλα τα αντικείμενα που βυθίζονται σε ένα υγρό. Όταν ένα αντικείμενο τοποθετείται σε ένα υγρό, το βάρος του ωθεί το υγρό (υγρό ή αέριο), ενώ η πλευστή δύναμη ωθεί το αντικείμενο προς τα πάνω, ενεργώντας κατά της βαρύτητας. Σε γενικές γραμμές, αυτή η δύναμη μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση φά_σι = V_μικρό × D × g, όπου F_σι είναι η πλευστή δύναμη, V_μικρό είναι ο βυθισμένος όγκος, D είναι η πυκνότητα του υγρού στο οποίο το αντικείμενο βυθίζεται και το g είναι η δύναμη της βαρύτητας. Για να μάθετε πώς να προσδιορίζετε την ώθηση του αντικειμένου, δείτε το βήμα 1 για να ξεκινήσετε.

Βήματα

Μέθοδος 1 από 2: Χρήση της εξίσωσης δύναμης πλευστότητας

1. 

   Βρείτε τον τόμο του βυθισμένου τμήματος του αντικειμένου. Η πλευστή δύναμη που ενεργεί σε ένα αντικείμενο είναι ευθέως ανάλογη με τον όγκο του αντικειμένου που βυθίζεται. Με άλλα λόγια, όσο πιο σταθερό είναι το αντικείμενο, τόσο μεγαλύτερη είναι η επιπλέουσα δύναμη που ενεργεί πάνω του. Αυτό σημαίνει ότι ακόμη και αντικείμενα που βυθίζονται σε ένα υγρό έχουν μια δύναμη που τους ωθεί προς τα πάνω. Για να ξεκινήσετε τον υπολογισμό αυτής της έντασης, το πρώτο βήμα είναι να προσδιορίσετε τον όγκο του αντικειμένου που βυθίζεται. Για την εξίσωση, αυτή η τιμή πρέπει να είναι σε μέτρα.
   • Για αντικείμενα που είναι πλήρως βυθισμένα στο υγρό, ο βυθισμένος όγκος είναι ο ίδιος με το αντικείμενο. Για όσους επιπλέουν στην επιφάνεια του υγρού, λαμβάνεται υπόψη μόνο ο όγκος κάτω από την επιφάνεια.
   • Για παράδειγμα, ας πούμε ότι θέλουμε να βρούμε την πλευστή δύναμη να ενεργεί πάνω σε μια λαστιχένια σφαίρα που επιπλέει στο νερό. Εάν η μπάλα είναι μια τέλεια σφαίρα, με διάμετρο ενός μέτρου, και αιωρείται στο μισό στο νερό, μπορούμε να βρούμε τον όγκο του βυθισμένου τμήματος βρίσκοντας τον συνολικό όγκο της σφαίρας και διαιρώντας με δύο. Δεδομένου ότι ο όγκος της σφαίρας δίνεται από (4/3) π (ακτίνα), είναι γνωστό ότι θα έχουμε αποτέλεσμα (4/3) π (0,5) = 0,524 μέτρα. 0,524 / 2 = Βυθισμένα 0,262 μέτρα.

2. 

   
   
   Βρείτε την πυκνότητα του υγρού σας. Το επόμενο βήμα στη διαδικασία εύρεσης της πλευστής δύναμης είναι ο καθορισμός της πυκνότητας (σε χιλιόγραμμα / μέτρο) της οποίας το αντικείμενο βυθίζεται. Η πυκνότητα είναι ένα μέτρο ενός αντικειμένου ή σχετικού βάρους της ουσίας κατ 'όγκο. Λαμβάνοντας υπόψη δύο αντικείμενα ίσου όγκου, το ένα με την υψηλότερη πυκνότητα ζυγίζει περισσότερο. Κατά κανόνα, όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα του υγρού, τόσο μεγαλύτερη είναι η πλευστική δύναμη που ασκεί. Με υγρά, είναι γενικά πιο εύκολο να προσδιορίσετε την πυκνότητα κοιτάζοντας τα υλικά αναφοράς.
   • Στο παράδειγμά μας, η μπάλα επιπλέει στο νερό. Συμβουλευόμενοι μια ακαδημαϊκή δύναμη, μπορούμε να διαπιστώσουμε ότι η πυκνότητα του νερού είναι περίπου 1000 κιλά / μέτρο.
   • Οι πυκνότητες άλλων κοινών υγρών αναφέρονται σε πηγές μηχανικής. Μια τέτοια λίστα μπορεί να βρεθεί εδώ.

3. 

   
   
   Βρείτε τη δύναμη της βαρύτητας (ή άλλη δύναμη προς τα κάτω). Είτε το αντικείμενο επιπλέει είτε είναι πλήρως βυθισμένο, υπόκειται πάντα στη δύναμη της βαρύτητας. Στον πραγματικό κόσμο, αυτή η σταθερή δύναμη είναι ίση με 9,81 Νιούτον / kg. Ωστόσο, σε περιπτώσεις όπου μια άλλη δύναμη, όπως η φυγόκεντρος, ενεργεί πάνω σε ένα υγρό και το βυθισμένο αντικείμενο, πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη για τον προσδιορισμό της συνολικής προς τα κάτω δύναμης.
   • Στο παράδειγμά μας, εάν έχουμε να κάνουμε με ένα συνηθισμένο και σταθερό σύστημα, μπορούμε να υποθέσουμε ότι η μόνη δύναμη που δρα κάτω είναι η δύναμη βαρύτητας που αναφέρθηκε παραπάνω.
   • Ωστόσο, τι γίνεται αν η μπάλα μας αιωρούσε σε ένα κουβά με νερό, γυρίζοντας με μεγάλη ταχύτητα σε έναν οριζόντιο κύκλο; Σε αυτήν την περίπτωση, υποθέτοντας ότι ο κάδος περιστρέφεται αρκετά γρήγορα για να διασφαλίσει ότι τόσο το νερό όσο και η σφαίρα δεν πέφτουν, η προς τα κάτω δύναμη σε αυτήν την κατάσταση θα προέρχεται από τη φυγοκεντρική δύναμη που δημιουργείται από την κίνηση του κάδου και όχι από τη βαρύτητα της γης.

4. 

   
   
   Πολλαπλασιάστε τον όγκο × πυκνότητα × βαρύτητα. Όταν έχετε τιμές για τον όγκο του αντικειμένου σας (σε μέτρα), την πυκνότητα του υγρού σας (σε λίβρες / μέτρο) και τη δύναμη της βαρύτητας (ή την καθοδική δύναμη του συστήματός σας), η εύρεση της πλευστικής δύναμης είναι εύκολη. Απλά πολλαπλασιάστε αυτές τις τρεις ποσότητες για να βρείτε τη δύναμη σε Newton.
   • Ας λύσουμε το παράδειγμά μας αντικαθιστώντας τις τιμές μας στην εξίσωση F_σι = V_μικρό × D × g. φά_σι = 0,262 μέτρα × 1000 κιλά / μέτρο × 9,81 Newton / kilo = 2570 Νιούτον.

5. 

   Μάθετε αν το αντικείμενο σας επιπλέει συγκρίνοντάς το με τη δύναμη της βαρύτητας. Χρησιμοποιώντας την εξίσωση δύναμης πλευστότητας, είναι εύκολο να βρείτε τη δύναμη που ωθεί ένα αντικείμενο από το ρευστό στο οποίο βυθίζεται. Ωστόσο, με λίγο περισσότερη δουλειά, μπορείτε επίσης να προσδιορίσετε εάν το αντικείμενο θα επιπλέει ή θα βυθιστεί. Απλώς βρείτε την πλευστή δύναμη για το αντικείμενο (με άλλα λόγια, χρησιμοποιήστε ολόκληρο τον όγκο του ως V_μικρό, στη συνέχεια, βρείτε τη δύναμη της βαρύτητας με την εξίσωση G = (μάζα του αντικειμένου) (9,81 μέτρα / δευτερόλεπτο). Εάν η πλευστή δύναμη είναι μεγαλύτερη από αυτήν της βαρύτητας, το αντικείμενο θα επιπλέει. Αλλά αν η δύναμη της βαρύτητας είναι μεγαλύτερη, θα βυθιστεί. Εάν είναι τα ίδια, το αντικείμενο λέγεται "ουδέτερο".
   • Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να μάθουμε αν ένα κυλινδρικό ξύλινο βαρέλι 20 κιλών με διάμετρο 0,75 μέτρα και ύψος 1,25 μέτρα, θα επιπλέει στο νερό. Αυτό απαιτεί μερικά βήματα:
     • Μπορούμε να βρούμε τον όγκο του με τον τύπο V = π (ακτίνα) (ύψος). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 μέτρα.
     • Μετά από αυτό, υποθέτοντας τις προεπιλεγμένες τιμές για τη βαρύτητα και την πυκνότητα του νερού, μπορούμε να προσδιορίσουμε την πλευστή δύναμη στο βαρέλι. 0,55 μέτρα × 1000 κιλά / μέτρο × 9,81 Newton / kilo = 5395.5 Νιούτον.
     • Τώρα, πρέπει να βρούμε τη δύναμη βαρύτητας στο βαρέλι. G = (20 kg) (9,81 μέτρα / δευτερόλεπτο) = 196.2 Νιούτον. Είναι πολύ μικρότερη από την πλευστή δύναμη, οπότε το βαρέλι θα επιπλέει.

6. 

   Χρησιμοποιήστε την ίδια τεχνική όταν το υγρό σας είναι αέριο. Κατά την επίλυση προβλημάτων ripo, θυμηθείτε ότι το υγρό δεν πρέπει να είναι υγρό. Τα αέρια θεωρούνται επίσης ρευστά και, παρά το γεγονός ότι έχουν χαμηλότερες πυκνότητες σε σύγκριση με άλλους τύπους υλικών, μπορούν ακόμα να υποστηρίξουν το βάρος ορισμένων αντικειμένων. Ένα απλό μπαλόνι ηλίου είναι απόδειξη αυτού. Επειδή το αέριο στο μπαλόνι είναι λιγότερο πυκνό από το περιβάλλον υγρό, επιπλέει!

Μέθοδος 2 από 2: Εκτέλεση ενός απλού πειράματος ώθησης

1. 

   Τοποθετήστε ένα μικρό φλιτζάνι ή μπολ σε ένα μεγαλύτερο δοχείο. Με ορισμένα είδη οικιακής χρήσης, είναι εύκολο να δείτε τις αρχές της πλευστότητας σε δράση! Σε αυτό το απλό πείραμα, θα δείξουμε ότι ένα βυθισμένο αντικείμενο παρουσιάζει πλευστότητα, καθώς μετατοπίζει έναν όγκο υγρού ίσο με τον όγκο του βυθισμένου αντικειμένου. Κάνοντας αυτό, επιδεικνύουμε επίσης πώς να βρούμε την άνθηση ενός πειράματος. Για να ξεκινήσετε, τοποθετήστε ένα μικρό δοχείο, όπως ένα μπολ ή ένα κύπελλο, σε ένα μεγαλύτερο δοχείο, όπως ένα μεγαλύτερο μπολ ή κάδο.

2. 

   Γεμίστε το δοχείο από το εσωτερικό έως την άκρη. Στη συνέχεια, γεμίστε το μεγαλύτερο δοχείο με νερό. Θέλετε η στάθμη του νερού να είναι πάνω από την άκρη, χωρίς ανατροπή. Πρόσεχε! Εάν χύσετε νερό, αδειάστε το μεγαλύτερο δοχείο πριν προσπαθήσετε ξανά.
   • Για αυτό το πείραμα, είναι ασφαλές να υποθέσουμε ότι το νερό έχει την πυκνότητα του νερού έχει μια τυπική τιμή 1000 κιλά / μέτρο. Εκτός αν χρησιμοποιείτε αλμυρό νερό ή διαφορετικό υγρό, οι περισσότεροι τύποι νερού έχουν πυκνότητα κοντά στην αναφορά.
   • Εάν έχετε ένα σταγονόμετρο, μπορεί να είναι πολύ χρήσιμο να ελέγξετε τη στάθμη του νερού στο εσωτερικό δοχείο.

3. 

   Βυθίστε ένα μικρό αντικείμενο. Τώρα, βρείτε ένα μικρό αντικείμενο που χωράει στο εσωτερικό δοχείο και δεν θα υποστεί ζημιά από νερό. Βρείτε τη μάζα αυτού του αντικειμένου σε χιλιόγραμμα (χρησιμοποιήστε μια κλίμακα για αυτό). Στη συνέχεια, χωρίς να βραχεί τα δάχτυλά σας, βυθίστε το αντικείμενο σε νερό μέχρι να αρχίσει να επιπλέει ή δεν μπορείτε πλέον να το κρατήσετε. Θα πρέπει να παρατηρήσετε νερό από το εσωτερικό δοχείο που χύνεται στο εξωτερικό δοχείο.
   • Για τους σκοπούς του παραδείγματος μας, ας πούμε ότι τοποθετούμε ένα καροτσάκι παιχνιδιών με μάζα 0,05 kg μέσα στο εσωτερικό δοχείο. Δεν χρειάζεται να γνωρίζουμε την ένταση του αυτοκινήτου για να υπολογίσουμε την ώθηση, όπως θα δούμε στη συνέχεια.

4. 

   Συλλέξτε και μετρήστε το νερό που έχετε χύσει. Όταν βυθίζετε ένα αντικείμενο στο νερό, εμφανίζεται μια μετατόπιση του νερού. Αν δεν το έκανε, δεν θα υπήρχε χώρος για να μπει στο νερό. Όταν πιέζει το υγρό, το νερό ωθεί πίσω, προκαλώντας την ώθηση. Πάρτε το νερό που χύσατε και βάλτε το σε ένα φλιτζάνι μέτρησης. Ο όγκος του νερού πρέπει να είναι ίσος με αυτόν του βυθισμένου όγκου.
   • Με άλλα λόγια, εάν το αντικείμενο σας επιπλέει, ο όγκος του νερού που χύνεται θα είναι ίσος με τον όγκο του αντικειμένου που βυθίζεται στο νερό. Εάν το αντικείμενο σας βυθιστεί, ο όγκος του νερού που χύνεται είναι ίσος με τον όγκο ολόκληρου του αντικειμένου.

5. 

   Υπολογίστε το βάρος του χυμένου νερού. Δεδομένου ότι γνωρίζετε την πυκνότητα του νερού και μπορείτε να μετρήσετε τον όγκο που έχει χυθεί, μπορείτε να βρείτε τη μάζα. Απλώς μετατρέψτε τον όγκο σε μετρητές (ένα διαδικτυακό εργαλείο μετατροπής, όπως αυτό, μπορεί να είναι χρήσιμο) και πολλαπλασιάστε με την πυκνότητα του νερού (1000 κιλά / μέτρο).
   • Στο παράδειγμά μας, ας πούμε ότι το καλάθι μας βυθίστηκε και μετακινήθηκε περίπου δύο κουταλιές της σούπας (0,00003 μέτρα).Για να βρούμε τη μάζα του νερού, πολλαπλασιάζουμε την πυκνότητά της :: 1000 κιλά / μέτρα × 0,00003 μέτρα = 0,03 κιλά.

6. 

   Συγκρίνετε τον εκτοπισμένο όγκο με τη μάζα του αντικειμένου. Τώρα που γνωρίζετε τη βυθισμένη μάζα και την εκτοπισμένη μάζα, συγκρίνετε τις για να δείτε ποια είναι μεγαλύτερη. Εάν η μάζα του βυθισμένου αντικειμένου στο εσωτερικό δοχείο είναι μεγαλύτερη από την εκτοπισμένη μάζα νερού, πρέπει να έχει βυθιστεί. Αλλά εάν η εκτοπισμένη μάζα νερού είναι μεγαλύτερη από, το αντικείμενο πρέπει να έχει αιωρηθεί. Αυτή είναι η αρχή της πλευστότητας. για να επιπλέει ένα αντικείμενο, πρέπει να αντικαταστήσει μια μάζα νερού μεγαλύτερη από εκείνη του αντικειμένου.
   • Ωστόσο, αντικείμενα με χαμηλότερες μάζες αλλά μεγαλύτεροι όγκοι είναι τα αντικείμενα που επιπλέουν περισσότερο. Αυτή η ιδιότητα σημαίνει ότι τα κοίλα αντικείμενα επιπλέουν. Σκεφτείτε ένα κανό. επιπλέει επειδή είναι κοίλο, έτσι μπορεί να μετακινήσει πολύ νερό, χωρίς να χρειάζεται να έχει μεγάλη μάζα. Εάν τα κανό ήταν στερεά, δεν θα επιπλέουν καλά.
   • Στο παράδειγμά μας, το αυτοκίνητο έχει μάζα 0,05 kg, μεγαλύτερη από το εκτοπισμένο νερό, 0,03 kg. Αυτό επιβεβαιώνει το αποτέλεσμα μας: το αυτοκίνητο βυθίζεται.

Συμβουλές

• Χρησιμοποιήστε μια κλίμακα που μπορεί να μηδενιστεί μετά από κάθε ανάγνωση για να λάβετε ακριβείς μετρήσεις.

Απαραίτητα υλικά

• Μικρό κύπελλο ή μπολ
• Μεγάλο μπολ ή κουβά
• Μικρό αντικείμενο που βυθίζεται (όπως μια λαστιχένια σφαίρα)
• Κύπελλο μέτρησης