Ujuvus: mis see on, valem, Archimedese põhimõte

O ujuvus on osaliselt või täielikult sukeldatud objektidele mõjuv jõud vedelikudnagu õhk ja vesi. Tõukejõud on avektori ülevusseal, mõõta sisse njuutonid, mis osutab alati samasuund ja meelvastupidine kastetud keha kaaluni. Archimedese põhimõtte kohaselt on keha ujuv jõud võrdne suurusega Kaal keha sukeldumise tõttu välja tõrjutud vedelikust.

Vaataka: Pascali teoreem ja hüdrauliliste kolvide toimimine

tõukejõu määratlus

Tõukejõud on a tugevus mis tekib siis, kui mõni keha hõivab vedelikus ruumi. Selline tugevus sõltub eranditult välja tõrjutud vedeliku maht, sama hästi kui vedeliku tihedus ja kohalik raskusjõud. Selle teabe põhjal vaatame valemit, mida kasutati ujuva jõu mooduli arvutamiseks:

JA - tõukejõud (N)
d - vedeliku tihedus (kg / m³)
V - keha kastetud maht või asendatud vedeliku maht (m³)

Enne kui läheme mõne tõukejõu näite abil edasi, selgitame neid kõiki ülevusedkaasatud tõukejõu arvutamisel. Kui soovite teemasse süveneda, soovitame teil tutvuda meie tekstiga Hüdrostaatikumid. Sellest artiklist leiate ülevaate kõigest, mis on selle füüsika õppesuuna jaoks kõige olulisem.

Vaataka: Kõik, mida peate lainete kohta teadma

  • tõukejõud (E)

tõukejõud on vektor, seetõttu on selle ulatusega arvutuste tegemiseks vaja rakendada vektorite liitmise reeglid. Pealegi, kuna see on a tugevus, nõuab keerukamate harjutuste lahendamine, et lõpuks rakendaksime Newtoni teine ​​seadus, mis väidab, et kehale avalduv netojõud on võrdne selle massi ja kiirenduse korrutisega.

Ärge lõpetage kohe... Peale reklaami on veel;)

Järgmine joonis illustreerib juhtumit, kus keha on täielikult vedelikku sukeldunud, kuna kaal ja ujuvus mõjutavad. samas suunas (vertikaalselt), kuid vastassuunas, saab saadud jõu arvutada erinevusega kaks:

Joonisel annab kaalu ja tõukejõu erinevus netojõu.
Joonisel annab kaalu ja tõukejõu erinevus netojõu.

Esitatud skeemi põhjal on võimalik näha, kuidas ujuk tasakaal, see tähendab, et on võimalik teada saada, kas keha vajub või jääb pinnale:

  • Kui keha kaal on suurem kui vedeliku tõukejõud, vajub ese;
  • Kui keha kaal on võrdne vedeliku mõjuva tõukejõuga, püsib objekt tasakaalus;
  • Kui kehakaal on väiksem kui tõukejõud, hõljub objekt vedeliku pinnale.

Vaataka: Kuidas on kvantfüüsika inimkonnale kaasa aidanud?

  • Vedeliku tihedus (d)

THE tihedusvõi vedeliku spetsiifiline mass viitab aine kogus vedeliku mahuühiku kohta. Tihedus on a ülevusronima, mõõdetuna kilogrammi ühikus kuupmeetris (kg / m³) vastavalt standardile Rahvusvaheline mõõtesüsteem (SI).

Kontrollige allpool oleva keha tiheduse arvutamiseks kasutatud valemit:

Algselt mõõdeti kõigi kehade tihedust puhta vee tiheduse funktsioonina, nii et vee tihedus normaalsetes rõhu ja temperatuuri tingimustes (1 atm ja 25 ° C) on määratletud 1000 kg / m³.

Kuigi arvutuste tegemiseks kasutame SI ühikuid, on see vedeliku tiheduse puhul tavaline on väljendatud teistes ühikutes, seega esitame alloleval joonisel skeemi, mis on seotud kell peamised tiheduse mõõtühikud ning nende ja standardüksuse vahelised suhted:

Vastavalt skeemile võrdub 1000 kg / m³ 1 kg / l ja 1 g / cm3.
Vastavalt skeemile võrdub 1000 kg / m³ 1 kg / l ja 1 g / cm3.

Vaadeldud joonisel esitame vedeliku tiheduse kõige tavalisemad ühikud, kuid võite kokku puutuda teiste üksustega, mille puhul peate teadma, kuidas seda kasutada rahvusvahelise ühikute süsteemi eesliitedsamuti esineda helitugevuse teisendused.

Vaataka:Kas külm vesi aitab kaalust alla võtta?

  • Tõsidus (g)

gravitatsioon on kiirendus et Maa mass avaldab kõiki kehasid mis on teie ümber. Merepinnal on raskusjõud da Terra intensiivsus on 9,81 m / s², kuid enamus harjutusi kasutavad seda mõõtu ümardatud väärtuseni 10 m / s², pidage meeles, et kasutage raskusjõudu, nagu on nõutud võimlemine.

  • Nihutatud vedeliku maht või keha maht (V)

Tõukevalemis sisalduva mahu suurus on seotud mahuga keha maht on vedeliku sisse kinnitatud, või nihutatud vedeliku maht. Kõnealuse keha mahtu tuleb mõõta kuupmeetrites (m³).

Archimedese põhimõte

Spekulatsioonide kohaselt Archimedese põhimõte töötati välja siis, kui ühel päeval sai Kreeka matemaatik sellest aru, kui ta oma vanni täis sai vett, langeb vannist välja suur kogus vedelikku - sama kogus, mis oli teie enda hõivatud keha. Pärast seda tähelepanekut jõudis Archimedes järeldusele, et vannilt langenud vee mass ja sellest tulenevalt kaalu mass ei olnud võrdsed selle massi ja massiga ning see erinevus seletaks miks kered hõljuvad.

Seejärel on öeldud, et:

„Kui mõni keha sisestatakse vedelikku, tekib kehale vertikaalne ja ülespoole suunatud ujuv jõud. See jõud on võrdne nihutatud vedeliku massiga "

kõikumise juhtumid

On võimalik võrrelda vedeliku ja vee all oleva keha tihedusi, et ennustada, kas see keha vajub ära, hõljub või jääda sisse tasakaal. Vaatame neid olukordi:

vajuv keha: kui vedelikku sukeldatud objekt vajub, võib järeldada, et tema tihedus on suurem kui vedeliku tihedussamamoodi ütleme, et selle kaal on suurem kui vedeliku tõukejõud.

Keha tasakaalus: kui vedelikule asetatud keha jääb tasakaalu, see tähendab statsionaarseks, võime seda öelda keha ja vedeliku tihedus on võrdne, samuti selle kaal ja tõukejõud.

→ ujuv kere: kui keha hõljub vedelikku lastuna, on sellele avaldatav tõukejõud suurem kui tema kaal, nii et võime öelda, et selle keha tihedus on väiksem kui vedeliku tihedus kuhu ta end leiab.

Vaadake ka: Kas kogu aeg mobiiltelefoni kasutamine võib teie tervist kahjustada? Uuri välja!

näiv kaal

Olete ilmselt märganud, et mõned kehad näevad vette asetatuna välja kergemad kui tegelikult. Seda seetõttu, et sukeldatuna on meil lisaks kaalule ka ujuvus näitlemine. Nende kahe jõu erinevust tuntakse näiva kaaluna.

Pange tähele, et kui kaalu ja tõukejõu suurus on sama, on keha näiline kaal null, see tähendab, et sellises olukorras oleks objektil justkui üldse raskust ja seetõttu on see peatunud vedeliku kohta.

Näited ujuvusest

Vaadake mõningaid näiteid olukordadest, kus ujuv jõud on väljendusrikas:

  • Kuna see on vähem tihe kui vedel vesi, kipub jää hõljuma;
  • Veeaur ja kuum õhk kipuvad tõusma, sest kui nad on kuumemad, võtavad nad rohkem ruumi, muutes nende tiheduse väiksemaks kui külma õhu tihedus;
  • Šampanjamullid koosnevad süsinikdioksiid, mis on mitu korda vähem tihedam gaas kui vesi, nii et šampanjapudeli avamisel väljutatakse need mullid vägivaldselt vedelikust;
  • Ujuvad peoõhupallid teevad seda atmosfääriõhu ujuvuse tõttu, kuna need on täidetud atmosfäärigaasist vähem tihedate gaasidega, näiteks heeliumgaasiga.

lahendatud harjutused

Küsimus 1-(Vaenlane 2011)  Järve veetiheduse määramiseks läbi viidud katses kasutati vastavalt mõningaid materjale illustreeritud: dünamomeeter D, mille gradueering on 0–50 N ja massiivne, homogeenne 10 cm serva ja 3 kg massiga kuup. Esialgu kontrolliti dünamomeetri kalibreerimist, kontrollides 30 N väärtust, kui kuup oli dünamomeetri külge kinnitatud ja õhus suspendeeritud. Kuubiku järvevette kastmisega registreeriti dünamomeetril 24 N näit, kuni selle maht oli uputatud.

Arvestades, et kohalik raskuskiirendus on 10 m / s², on järve veetihedus kilogrammides / m³:

a) 0,6
b) 1.2
c) 1,5
d) 2.4
e) 4.8

Resolutsioon

B. Alternatiiv

Esiteks tuleb mõista, et dünamomeetril registreeritud „kaalu” erinevus viitab järvevee mõjul mõjuvale ujuvjõule, mis antud juhul oli võrdne 6 N-ga. Pärast seda saame ujuvuse valemit rakendada, kasutades harjutuses esitatud andmeid, jälgige arvutust:

Ülaltoodud arvutuse tegemiseks pidime kuubiku mahu kuupsentimeetrites teisendama kuupmeetriteks.

2. küsimus -(Vaenlane 2010) Klubi ehitustööde käigus pidi rühm töötajaid eemaldama massiivse rauast skulptuuri, mis asetati tühja basseini põhja. Viis töötajat sidusid skulptuuri külge köied ja üritasid seda edutult üles tõmmata. Kui bassein on veega täidetud, on töötajatel skulptuuri lihtsam eemaldada, kuna:

a) skulptuur hõljub. Nii ei pea mehed skulptuuri alt eemaldamiseks pingutama.
b) skulptuur on kergem. Sel viisil on skulptuuri tõstmiseks vajalik jõu intensiivsus väiksem.
c) vesi avaldab skulptuurile jõudu proportsionaalselt selle massiga ja ülespoole. See jõud lisatakse jõule, mida töötajad kasutavad skulptuuri raskusjõu toimimise tühistamiseks.
d) vesi avaldab skulptuurile allapoole suunatud jõudu ja see saab basseinipõrandalt ülespoole suunatud jõu. See jõud aitab tasakaalustada kaalujõu mõju skulptuurile.
e) vesi avaldab skulptuurile jõudu proportsionaalselt selle mahuga ja ülespoole. See jõud lisab jõudu, mida töötajad avaldavad, ja selle tulemuseks võib olla skulptuuri kaalust suurem ülespoole suunatud jõud.

Resolutsioon

Alternatiivne e. Kui bassein on veega täidetud, mõjub sellele ujuv jõud vertikaalselt ja ülespoole, nii et see on „kergem“ ja on hõlpsam basseini põhjast eemaldatav.


Autor Rafael Hellerbrock
Füüsikaõpetaja

Suurendusklaasi tundmine. Mis on suurendusklaas?

Suurendusklaasi tundmine. Mis on suurendusklaas?

Optika uurimisel on füüsika jaoks suur tähtsus, sest selle kaudu tuletati välja mitmed mõisted j...

read more
Elektrodünaamika: mis see on, mõisted Enemis

Elektrodünaamika: mis see on, mõisted Enemis

THE elektrodünaamika on füüsika haru, mis uurib elektrilaengud liikumisel. Peamised selles valdko...

read more
Vektorid: mis need on, toimingud, rakendused ja harjutused

Vektorid: mis need on, toimingud, rakendused ja harjutused

Vektor on esitus, mis määrab vektorsuuruse suuruse, suuna ja suuna. Vektorid on sirged segmendid,...

read more