Ó vztlak je síla působící na objekty, které jsou částečně nebo úplně ponořeny tekutinyjako vzduch a voda. Tah je avektorová velikosttam, změřte newtonů, který vždy ukazuje na stejnýsměr a v smyslnaproti na váhu ponořeného těla. Podle Archimédova principu má vztlaková síla na tělo velikost stejnou Hmotnost tekutiny, která byla přemístěna v důsledku ponoření těla.
Dívej setaky: Pascalova věta a fungování hydraulických pístů
definice tahu
Tah je a síla který vzniká, když nějaké tělo zabírá prostor v tekutině. Tato síla závisí výlučně na objem vytlačené tekutiny, jakož i hustota tekutin a lokální gravitace. Na základě těchto informací se podívejme na vzorec použitý k výpočtu modulu vztlakové síly:
A - tah (N)
d - hustota kapaliny (kg / m³)
PROTI - objem ponořený do těla nebo objem vytlačené kapaliny (m³)
Než půjdeme dále s několika příklady tahu, vysvětlíme každý z nich velikostizapojen při výpočtu tahu. Chcete-li se hlouběji zabývat tématem, doporučujeme vám prohlédnout si náš text Hydrostatika. V tomto článku najdete přehled všeho, co je pro tuto oblast studia fyziky nejdůležitější.
Dívej setaky: Vše, co potřebujete vědět o vlnách
tah (E)
tah je vektor, proto, abychom mohli provádět výpočty s touto velikostí, je nutné, abychom použili pravidla sčítání vektorů. Dále proto, že se jedná o síla, řešení složitějších cvičení vyžaduje, abychom nakonec použili Newtonův druhý zákon, který tvrdí, že čistá síla na těleso se rovná součinu jeho hmotnosti a zrychlení.
Následující obrázek ilustruje případ, kdy je tělo zcela ponořeno do tekutiny, protože působí hmotnost a vztlak. ve stejném směru (vertikálním), ale v opačných směrech, lze výslednou sílu vypočítat z rozdílu dva:
Z předloženého schématu je možné vidět, jak plovoucí rovnováha, to znamená, že je možné vědět, zda se tělo potopí nebo zůstane na hladině:
- Pokud je hmotnost těla větší než tah vyvíjený tekutinou, předmět se potopí;
- Pokud se váha těla rovná tahu vyvíjenému tekutinou, předmět zůstane v rovnováze;
- Pokud je tělesná hmotnost menší než vyvíjený tah, předmět vypluje na povrch tekutiny.
Dívej setaky: Jak kvantová fyzika přispěla k lidstvu?
Hustota kapaliny (d)
THE hustota, nebo specifická hmotnost kapaliny, odkazuje na množství hmoty na jednotku objemu tekutiny. Hustota je a velikostšplhat, měřeno v jednotkách kilogramů na metr krychlový (kg / m³), podle Mezinárodní měřicí systém (SI).
Níže zkontrolujte vzorec použitý k výpočtu hustoty tělesa:
Hustota všech těles byla původně měřena jako funkce hustoty čisté vody, takže hustota vody za normálních podmínek tlaku a teploty (1 atm a 25 ° C) je definována v 1 000 kg / m³.
Ačkoli pro výpočty používáme jednotky SI, je to pro hustotu tekutin běžné je vyjádřen v jiných jednotkách, takže na následujícím obrázku uvádíme schéma, které se týká na hlavní jednotky měření hustoty a vztahy mezi nimi a standardní jednotkou:
Na pozorovaném obrázku uvádíme nejběžnější jednotky hustoty tekutin, nicméně můžete narazit na jiné jednotky, v takovém případě musíte vědět, jak používat mezinárodní předpony jednotkových systémůstejně jako hrát objemové převody.
Dívej setaky:Pomáhá vám studená voda zhubnout?
Závažnost (g)
gravitace je akcelerace že hmota Země působí na všechna těla které jsou kolem vás. Na úrovni moře gravitace da Terra má intenzitu 9,81 m / s², ale většina cvičení používá toto opatření zaokrouhleno na 10 m / s², nezapomeňte použít gravitaci, jak to vyžaduje prohlášení cvičení.
Objem vytlačené kapaliny nebo objem těla (V)
Velikost objemu obsažená ve vzorci tahu souvisí s množstvím objem těla je uložen v tekutině, nebo do vytlačený objem kapaliny. Objem dotyčného těla musí být měřen v metrech krychlových (m³).
Archimédův princip
Podle spekulací Archimédův princip byl vyvinut, když si jednoho dne řecký matematik uvědomil, že když se dostal do své vany plné voda, z vany vypadne velké množství kapaliny - stejný objem, jaký byl váš tělo. Po tomto pozorování dospěl Archimedes k závěru, že hmotnost a následně hmotnost vody, která padla z vany, se nerovnala její hmotnosti a hmotnosti a že tento rozdíl by vysvětlil proč těla plují.
Poté se uvádí, že:
"Když je jakékoli těleso vloženo do kapaliny, vyvine na tělo svislá a vztlaková síla." Tato síla se rovná hmotnosti vytlačené tekutiny “
fluktuační případy
Je možné porovnat hustotu tekutin a ponořených těles, aby bylo možné předpovědět, zda toto těleso potopí se, bude plavat nebo zůstat uvnitř Zůstatek. Podívejme se na tyto situace:
→ potápějící se tělo: pokud předmět ponořený do kapaliny klesne, lze usoudit, že jeho hustota je větší než hustota kapalinypodobně říkáme, že jeho hmotnost je větší než tah vyvíjený kapalinou.
→ Tělo v rovnováze: pokud těleso umístěné na tekutině zůstane v rovnováze, tj. stacionární, můžeme to říci hustoty těla a tekutin jsou stejné, stejně jako jeho hmotnost a tah.
→ Plovoucí tělo: když se tělo vznáší, je-li uvolněno do tekutiny, je tah na něj větší než jeho váha, takže můžeme říci, že hustota tohoto těla je menší než hustota tekutiny kde se ocitne.
Podívejte se také: Může používání mobilního telefonu neustále poškodit vaše zdraví? Zjistěte si to!
zdánlivá hmotnost
Pravděpodobně jste si všimli, že některá těla vypadají lehčí, než ve skutečnosti jsou, pokud jsou umístěna ve vodě. Je to proto, že při ponoření máme kromě hmotnosti také vztlak herectví. Rozdíl mezi těmito dvěma silami je znám jako zdánlivá hmotnost.
Všimněte si, že pokud váha a tah mají stejnou velikost, zdánlivá hmotnost těla bude nulová, to znamená, že v tomto stavu je to, jako kdyby objekt neměl vůbec žádnou váhu, a proto bude zastavil o tekutině.
Příklady vztlaku
Podívejte se na několik příkladů situací, kdy dochází k expresivnímu výkonu vztlakové síly:
- Protože je méně hustý než kapalná voda, má led sklon plavat;
- Vodní pára a horký vzduch mají tendenci stoupat, protože když jsou teplejší, zabírají více místa, takže jejich hustota je menší než hustota studeného vzduchu;
- Šampaňské bubliny jsou tvořeny oxid uhličitý, což je plyn mnohokrát méně hustý než voda, takže když otevřete láhev šampaňského, jsou tyto bubliny z kapaliny násilně vytlačeny;
- Plovoucí balónky dělají tak kvůli vztlaku atmosférického vzduchu, protože jsou naplněny plyny méně hustými než atmosférický plyn, jako je plynný helium.
vyřešená cvičení
Otázka 1-(Enem 2011) V experimentu prováděném ke stanovení hustoty vody v jezeře byly použity některé materiály podle znázorněno: dynamometr D se stupnicí od 0 N do 50 N a masivní a homogenní kostka s hranou 10 cm a hmotností 3 kg. Nejprve byla zkontrolována kalibrace dynamometru, přičemž byla ověřena hodnota 30 N, když byla kostka připojena k dynamometru a zavěšena ve vzduchu. Ponořením krychle do vody jezera, dokud nebyla ponořena polovina jejího objemu, byla na dynamometru zaznamenána hodnota 24 N.
Vzhledem k tomu, že místní gravitační zrychlení je 10 m / s², hustota vody v jezeře, v kg / m³, je:
a) 0,6
b) 1.2
c) 1.5
d) 2.4
e) 4.8
Řešení
Alternativa b.
Nejprve je třeba si uvědomit, že rozdíl v „hmotnosti“ zaznamenaný na dynamometru se vztahuje k vztlakové síle vyvíjené vodou jezera, která se v tomto případě rovnala 6 N. Poté můžeme použít vztlakový vzorec, pomocí údajů poskytnutých cvičením sledovat výpočet:
Abychom mohli provést výše uvedený výpočet, museli jsme převést objem krychle v kubických centimetrech na kubické metry.
Otázka 2 -(Enem 2010) Během stavebních prací v klubu musela skupina pracovníků odstranit mohutnou železnou sochu umístěnou na dně prázdného bazénu. Pět dělníků přivázalo lana k plastice a bez úspěchu se ji pokusili vytáhnout. Pokud je bazén naplněn vodou, bude pro dělníky snazší sochu odstranit, protože:
a) socha se vznáší. Tímto způsobem se muži nebudou muset namáhat, aby odstranili sochu ze dna.
b) socha bude lehčí. Tímto způsobem bude intenzita síly potřebná ke zvednutí sochy nižší.
c) voda vyvíjí na sochu sílu úměrnou její hmotnosti a nahoru. Tato síla se přidá k síle, kterou pracovníci používají k zrušení působení tíhové síly sochy.
d) voda bude působit na sochu silou dolů a bude přijímat sílu nahoru z podlahy bazénu. Tato síla pomůže zrušit působení váhové síly v plastice.
e) voda vyvíjí na sochu sílu úměrnou jejímu objemu a směrem nahoru. Tato síla přidá k síle, kterou pracovníci vyvíjejí, a může mít za následek vzestupnou sílu větší než hmotnost sochy.
Řešení
Alternativní e. Když je bazén naplněn vodou, bude na něj působit vztlaková síla, a to ve svislém a vzestupném směru, takže bude „lehčí“ a bude snáze odstranitelná ze dna bazénu.
Autor: Rafael Hellerbrock
Učitel fyziky
