oh galleggiabilità è la forza che agisce su oggetti che sono parzialmente o completamente immersi in fluidi, come aria e acqua. La spinta è agrandezza del vettoreLà,misura in newton, che punta sempre al stessodirezione e nel sensodi fronte al peso del corpo immerso. Secondo il principio di Archimede, la forza di galleggiamento su un corpo ha magnitudine pari a Peso del fluido che è stato spostato a causa dell'immersione del corpo.
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definizione di spinta
La spinta è a forza che sorge quando un corpo occupa spazio all'interno di un fluido. Tale forza dipende esclusivamente dal volume di fluido che è stato spostato, così come densità del fluido e gravità locale. Sulla base di queste informazioni, diamo un'occhiata alla formula utilizzata per calcolare il modulo della forza di galleggiamento:
E – spinta (N)
d – densità del fluido (kg/m³)
V – volume immerso del corpo o volume del fluido spostato (m³)
Prima di andare oltre con alcuni esempi di spinta, spiegheremo ciascuno dei
grandezzacoinvolti nel calcolo della spinta. Se vuoi approfondire l'argomento, ti suggeriamo di dare un'occhiata al nostro testo su Idrostatica. In questo articolo troverai una panoramica di tutto ciò che è più importante per quest'area di studio in fisica.Guardaanche: Tutto quello che devi sapere sulle onde know
spinta (E)
la spinta è vettore, quindi, per fare calcoli con questa grandezza, è necessario che applichiamo il regole di addizione vettoriale. Inoltre, poiché è un forza, la risoluzione di esercizi più complessi richiede che, eventualmente, si applichino le Seconda legge di Newtonton, che afferma che la forza netta su un corpo è uguale al prodotto della sua massa e accelerazione.
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La figura seguente illustra un caso in cui un corpo è completamente immerso in un fluido, come agiscono il peso e l'assetto. nella stessa direzione (verticale), ma in direzioni opposte, la forza risultante può essere calcolata dalla differenza di Due:
Con lo schema presentato, è possibile vedere come il saldo flottante, cioè è possibile sapere se un corpo affonderà o resterà a galla:
- Se il peso del corpo è maggiore della spinta esercitata dal fluido, l'oggetto affonderà;
- Se il peso del corpo è uguale alla spinta esercitata dal fluido, l'oggetto rimarrà in equilibrio;
- Se il peso corporeo è inferiore alla spinta esercitata, l'oggetto galleggerà sulla superficie del fluido.
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Densità del fluido (d)
IL densità, o massa specifica del fluido, si riferisce al quantità di materia per unità di volume del fluido. La densità è a grandezzascalata, misurato nell'unità di chilogrammi per metro cubo (kg/m³), secondo il Sistema di misurazione internazionale (SI).
Controlla la formula utilizzata per calcolare la densità del corpo di seguito:
In origine, la densità di tutti i corpi era misurata in funzione della densità dell'acqua pura, quindi la densità dell'acqua in condizioni normali di pressione e temperatura (1 atm e 25 °C) è definita in 1.000 kg/m.
Sebbene usiamo unità SI per fare calcoli, è comune per la densità del fluido è espresso in altre unità, quindi, nella figura sottostante, presentiamo uno schema che mette in relazione a principali unità di misura della densità e le relazioni tra loro e l'unità standard:
Nella figura osservata, presentiamo le unità più comuni per la densità del fluido, tuttavia, potresti imbatterti in altre unità, nel qual caso devi sapere come usare il prefissi del sistema di unità internazionalicosì come eseguire conversioni di volume.
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Gravità (g)
la gravità è la accelerazione che la massa della Terra esercita su tutti i corpi che sono intorno a te. A livello del mare, il gravità da Terra ha un'intensità di 9,81 m/s², tuttavia, la maggior parte degli esercizi utilizza questa misura arrotondato a 10 m/s², ricordarsi di utilizzare la gravità come richiesto dalla dicitura del esercizio.
Volume fluido spostato o volume corporeo (V)
L'entità del volume contenuta nella formula di spinta è correlata alla quantità di il volume corporeo è incorporato nel fluido, o a volume del fluido spostato. Il volume del corpo in questione deve essere misurato in metri cubi (m³).
Principio di Archimede
Secondo la speculazione, il Principio di Archimede si sviluppò quando, un giorno, il matematico greco si accorse che entrando nella sua vasca da bagno pieno di acqua, una grande quantità di liquido cade dalla vasca da bagno - lo stesso volume che era occupato dal tuo corpo. Dopo questa osservazione, Archimede concluse che la massa e, di conseguenza, il peso dell'acqua che cadeva dalla vasca non era uguale al suo peso e massa e che questa differenza spiegherebbe la perché i corpi galleggiano?.
Si precisa poi che:
“Quando un corpo viene inserito in un fluido, sul corpo sorge una forza di galleggiamento verticale e verso l'alto. Questa forza è uguale al peso del fluido spostato"
casi di fluttuazione
È possibile confrontare le densità del fluido e del corpo sommerso per prevedere se questo corpo affonderà, galleggerà o rimani dentro equilibrio. Verifichiamo queste situazioni:
→ corpo che affonda: se l'oggetto immerso nel fluido affonda, si può concludere che il suo la densità è maggiore della densità del fluido, analogamente, diciamo che il suo peso è maggiore della spinta esercitata dal fluido.
→ Corpo in equilibrio: se un corpo posto su un fluido rimane in equilibrio, cioè stazionario, possiamo dire che le densità del corpo e del fluido sono uguali, così come il suo peso e la sua spinta.
→ Corpo galleggiante: quando un corpo galleggia, se rilasciato in un fluido, la spinta esercitata su di esso è maggiore del suo peso, quindi si può dire che la la densità di questo corpo è inferiore alla densità del fluido dove si trova.
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peso apparente
Probabilmente avrai notato che alcuni corpi sembrano più leggeri di quanto non siano in realtà se messi in acqua. Questo perché, quando immersi, oltre al peso, abbiamo il galleggiabilità recitazione. La differenza tra queste due forze è nota come peso apparente.
Si noti che se il peso e la spinta hanno la stessa grandezza, il peso apparente del corpo sarà nullo, cioè in questa condizione è come se l'oggetto non avesse alcun peso e quindi sarà fermato riguardo al fluido.
Esempi di galleggiabilità
Guarda alcuni esempi di situazioni in cui c'è una performance espressiva della forza di galleggiamento:
- Poiché è meno denso dell'acqua liquida, il ghiaccio tende a galleggiare;
- Il vapore acqueo e l'aria calda tendono a salire, poiché quando sono più caldi occupano più spazio, rendendo la loro densità inferiore a quella dell'aria fredda;
- Le bollicine di champagne sono composte da diossido di carbonio, che è un gas molte volte meno denso dell'acqua, quindi quando apri una bottiglia di champagne, queste bolle vengono espulse violentemente dal liquido;
- I palloncini galleggianti lo fanno a causa della galleggiabilità dell'aria atmosferica, poiché sono pieni di gas meno densi del gas atmosferico, come l'elio.
esercizi risolti
Domanda 1-(Enema 2011) In un esperimento effettuato per determinare la densità dell'acqua in un lago, sono stati utilizzati alcuni materiali secondo illustrato: un dinamometro D con graduazione da 0 N a 50 N e un cubo massiccio ed omogeneo con bordo di 10 cm e 3 kg di massa. Inizialmente è stata verificata la calibrazione del dinamometro, verificando una lettura di 30 N quando il cubo è stato attaccato al dinamometro e sospeso in aria. Immergendo il cubo nell'acqua del lago, fino a sommergerne metà del volume, è stata registrata al dinamometro la lettura di 24 N.
Considerando che l'accelerazione di gravità locale è 10 m/s², la densità dell'acqua del lago, in kg/m³, è:
a) 0,6
b) 1.2
c) 1,5
d) 2.4
e) 4.8
Risoluzione
Alternativa B.
Innanzitutto è necessario rendersi conto che la differenza di “peso” registrata sul banco dinamometrico si riferisce alla spinta di galleggiamento esercitata dall'acqua del lago, che, in questo caso, era pari a 6 N. Successivamente, possiamo applicare la formula dell'assetto, utilizzando i dati forniti dall'esercizio, osservare il calcolo:
Per fare il calcolo di cui sopra, abbiamo dovuto convertire il volume del cubo, in centimetri cubi, in metri cubi.
Domanda 2 -(Enem 2010) Durante i lavori di costruzione di un club, un gruppo di lavoratori ha dovuto rimuovere un'enorme scultura in ferro posta sul fondo di una piscina vuota. Cinque operai hanno legato delle funi alla scultura e hanno cercato di tirarla su, senza successo. Se la piscina è piena d'acqua, sarà più facile per i lavoratori rimuovere la scultura in quanto:
a) la scultura galleggerà. In questo modo, gli uomini non dovranno sforzarsi per rimuovere la scultura dal fondo.
b) la scultura risulterà più leggera, in questo modo l'intensità della forza necessaria per sollevare la scultura sarà inferiore.
c) l'acqua eserciterà sulla scultura una forza proporzionale alla sua massa, e verso l'alto. Questa forza andrà ad aggiungersi alla forza che gli operai utilizzano per annullare l'azione della forza peso della scultura.
d) l'acqua eserciterà una forza verso il basso sulla scultura e riceverà una forza verso l'alto dal fondo della piscina. Questa forza aiuterà a contrastare l'azione della forza peso sulla scultura.
e) l'acqua eserciterà sulla scultura una forza proporzionale al suo volume, e verso l'alto. Questa forza si aggiungerà alla forza esercitata dagli operai e potrebbe risultare in una forza verso l'alto maggiore del peso della scultura.
Risoluzione
Alternativa e. Quando la piscina è piena d'acqua, la spinta di galleggiamento agirà su di essa, in direzione verticale e verso l'alto, così sarà più “leggera” e si rimuoverà più facilmente dal fondo della vasca.
Di Rafael Hellerbrock
Insegnante di fisica
