או צִיפָה הוא הכוח הפועל על אובייקטים השקועים בחלקם או לחלוטין נוזלים, כמו אוויר ומים. הדחף הוא אגדולת וקטורשם, למדוד פנימה ניוטונים, שתמיד מצביע על ה אותוכיוון וב לָחוּשׁמול למשקל הגוף השקוע. על פי עקרון ארכימדס, הכוח הצף על גוף הוא בגודל השווה מִשׁקָל של הנוזל שנעקר עקב טבילה של הגוף.
תראהגַם: משפט פסקל ותפקוד בוכנות הידראוליות
הגדרת דחף
הדחף הוא א כוח שמתעורר כאשר גוף כלשהו תופס מקום בתוך נוזל. כוח כזה תלוי אך ורק ב נפח נוזל שנעקר, בנוסף ל צפיפות נוזלים וכוח המשיכה המקומי. בהתבסס על מידע זה, בואו נסתכל על הנוסחה המשמשת לחישוב המודולוס של הכוח הצף:
AND - דחף (N)
ד - צפיפות נוזלים (ק"ג / מ"ק)
ו - נפח שקוע בגוף או נפח נוזל עקור (m³)
לפני שנמשיך עם דוגמאות של דחף, נסביר על כל אחת מהן גדלותמְעוּרָב בחישוב הדחף. אם ברצונך להעמיק בנושא, אנו ממליצים לך לבדוק את הטקסט שלנו ב הידרוסטטיקה. במאמר זה תוכלו למצוא סקירה של כל מה שהכי חשוב לתחום לימוד זה בפיזיקה.
תראהגַם: כל מה שאתה צריך לדעת על גלים
דחף (E)
הדחף הוא וֶקטוֹרלכן, כדי לבצע חישובים בסדר גודל כזה, יש ליישם את ה- כללי תוספת וקטוריים. יתר על כן, כי זה א
כוח, הרזולוציה של תרגילים מורכבים יותר מחייבת, בסופו של דבר, אנו מיישמים את החוק השני של ניוטון, הטוען כי הכוח הנקי על גוף שווה לתוצר המסה והתאוצה שלו.אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)
האיור הבא ממחיש מקרה שבו גוף שקוע לחלוטין בנוזל, כמשקל וציפה. באותו כיוון (אנכי), אך בכיוונים מנוגדים, ניתן לחשב את הכוח שנוצר על ידי ההפרש של שתיים:
מהתכנית המוצגת ניתן לראות כיצד איזון צףכלומר, ניתן לדעת אם גוף ישקע או יישאר צף:
- אם משקל הגוף גדול מהדחף שמפעיל הנוזל, האובייקט ישקע;
- אם משקל הגוף שווה לדחף שמפעיל הנוזל, האובייקט יישאר באיזון;
- אם משקל הגוף נמוך מהדחף המופעל, האובייקט יצוף אל פני הנוזל.
תראהגַם: כיצד תרמה פיזיקה קוונטית לאנושות?
צפיפות נוזלים (ד)
ה צְפִיפוּת, או מסה ספציפית של הנוזל, מתייחס ל כמות חומר ליחידת נפח נוזלים. צפיפות היא א גְדוּלָהלְטַפֵּס, נמדד ביחידת הק"ג למ"ק (ק"ג / מ"ק), לפי מערכת מדידה בינלאומית (סִי).
בדוק את הנוסחה המשמשת לחישוב צפיפות הגוף למטה:
במקור, הצפיפות של כל הגופים נמדדה כפונקציה של צפיפות המים הטהורים, ולכן צפיפות המים בתנאים נורמליים של לחץ וטמפרטורה (1 אטמ"מ ו- 25 מעלות צלזיוס) מוגדרת ב 1,000 ק"ג / מ"ק.
למרות שאנחנו משתמשים ביחידות SI לצורך ביצוע חישובים, זה נפוץ לצפיפות נוזלים מתבטא ביחידות אחרות, לכן, באיור שלהלן, אנו מציגים תוכנית המתייחסת בְּ- יחידות מדידת צפיפות עיקריות והיחסים בינם לבין היחידה הסטנדרטית:
באיור שנצפה, אנו מציגים את היחידות הנפוצות ביותר לצפיפות נוזלים, אולם, יתכן שתיתקל ביחידות אחרות, ובמקרה כזה אתה צריך לדעת כיצד להשתמש ב- קידומות למערכת יחידה בינלאומיתכמו גם לבצע המרות נפח.
תראהגַם:האם מים קרים עוזרים לך לרדת במשקל?
חומרה (g)
כוח המשיכה הוא ה תְאוּצָה שמסת כדור הארץ מפעילה על כל הגופים שנמצאים סביבך. בגובה פני הים, ה כוח משיכה da Terra בעוצמה של 9.81 m / s², אולם ברוב התרגילים משתמשים במדידה זו מעוגל ל 10 מ / ש², זכור להשתמש בכוח המשיכה כנדרש בנוסח ה תרגיל.
נפח נוזל עקוף או נפח גוף (V)
גודל הנפח הכלול בנוסחת הדחף קשור לכמות נפח הגוף מוטבע בנוזל, או ל נפח נוזלים עקור. יש למדוד את נפח הגוף המדובר במטר מעוקב (m³).
עקרון ארכימדס
על פי ספקולציות, העיקרון של ארכימדס פותח כשיום אחד, המתמטיקאי היווני הבין שכשנכנס לאמבטיה שלו מלא מים, כמות גדולה של נוזלים נופלת מהאמבטיה - אותו נפח שהיה תפוס על ידי שלך גוּף. לאחר תצפית זו הגיע ארכימדס למסקנה כי המסה וכתוצאה מכך משקל המים שנשרו מהאמבטיה אינם שווים למשקלם ולמסתו וכי הבדל זה יסביר את מדוע גופים צפים.
אז נאמר כי:
"כשכל גוף מוחדר לנוזל, כוח ציפה אנכי ומעלה עולה על הגוף. כוח זה שווה למשקל נוזל העקור "
מקרי תנודות
ניתן להשוות את צפיפות הנוזל והגוף השקוע על מנת לחזות האם גוף זה ישקע, יצוף או להישאר ב איזון. בואו לבדוק את המצבים הבאים:
→ גוף שוקע: אם האובייקט השקוע בנוזל שוקע, ניתן להסיק שהוא צפיפות גדולה מצפיפות נוזליםבאופן דומה אנו אומרים שמשקלו גדול יותר מהדחף שמפעיל הנוזל.
→ גוף באיזון: אם גוף המונח על נוזל נשאר בשיווי משקל, כלומר נייח, אנו יכולים לומר זאת צפיפות הגוף והנוזל שווה, כמו גם משקלו ודחיפתו.
→ גוף צף: כאשר גוף צף, אם הוא משוחרר לנוזל, הדחף המופעל עליו גדול ממשקלו, ולכן אנו יכולים לומר כי צפיפות גוף זה קטנה מצפיפות הנוזל איפה הוא נמצא.
ראה גם: האם שימוש בטלפון הסלולרי כל הזמן יכול לפגוע בבריאות שלך? גלה את זה!
משקל לכאורה
בטח שמתם לב שחלק מהגופים נראים קלים מכפי שהם נראים במים. הסיבה לכך היא שכאשר טובלים, בנוסף למשקל, יש לנו את צִיפָה משחק. ההבדל בין שני כוחות אלה ידוע כמשקל לכאורה.
שים לב שאם המשקל והדחף יהיו באותו גודל, המשקל לכאורה של הגוף יהיה אפס, כלומר במצב זה, זה היה כאילו לאובייקט לא היה משקל בכלל ולכן הוא יהיה עצר על הנוזל.
דוגמאות לציפה
בדוק כמה דוגמאות למצבים בהם יש ביצועים אקספרסיביים של הכוח הצף:
- מכיוון שהם צפופים פחות ממים נוזליים, קרח נוטה לצוף;
- אדי מים ואוויר חם נוטים לעלות, מכיוון שכאשר הם חמים יותר, הם תופסים יותר מקום, מה שהופך את צפיפותם פחות מזו של אוויר קר;
- בועות שמפניה מורכבות פחמן דו חמצני, שהוא גז הרבה פעמים פחות צפוף ממים, ולכן כשפותחים בקבוק שמפניה, הבועות האלה נגרמות באלימות מהנוזל;
- בלוני צד צפים עושים זאת בגלל ציפה של אוויר אטמוספרי, מכיוון שהם מלאים בגזים פחות צפופים מגז אטמוספרי, כמו גז הליום.
תרגילים נפתרו
שאלה 1-(האויב 2011) בניסוי שנערך לקביעת צפיפות המים באגם, נעשה שימוש בחומרים מסוימים על פי מאויר: דינמומטר D עם מדד מ- 0 N עד 50 N וקוביה מסיבית והומוגנית עם קצה של 10 ס"מ ו -3 ק"ג מסה. בתחילה, נבדקה כיול הדינמומטר ואימות הקריאה של 30 נ 'כאשר הקוביה הוצמדה לדינומומטר ותלויה באוויר. על ידי טבילה של הקוביה במי האגם, עד שחצי מנפחה היה שקוע, הקריאה של 24 N נרשמה על הדינומומטר.
בהתחשב בכך שתאוצת הכבידה המקומית היא 10 מ '/ s², צפיפות המים באגם, בק"ג / מ"ק היא:
א) 0.6
ב) 1.2
ג) 1.5
ד) 2.4
ה) 4.8
פתרון הבעיה
חלופה ב.
ראשית, יש להבין כי ההבדל ב"משקל "שנרשם על הדינומומטר מתייחס לכוח הצף שמפעילים מי האגם, אשר, במקרה זה, היה שווה ל 6 N. לאחר מכן נוכל ליישם את נוסחת הציפה, באמצעות הנתונים המסופקים על ידי התרגיל, להתבונן בחישוב:
על מנת לבצע את החישוב לעיל, היינו צריכים להמיר את נפח הקוביה, בסנטימטרים מעוקבים, למטר מעוקב.
שאלה 2 -(אויב 2010) במהלך עבודות בנייה במועדון נאלצה קבוצת עובדים להסיר פסל ברזל מאסיבי שהוצב בתחתית בריכת שחייה ריקה. חמישה פועלים קשרו חבלים לפסל וניסו למשוך אותו למעלה, ללא הצלחה. אם הבריכה תתמלא במים, יהיה לעובדים קל יותר להסיר את הפסל, כמו:
א) פסל יצוף. בדרך זו, גברים לא יצטרכו להתאמץ כדי להסיר את הפסל מלמטה.
ב) הפיסול יהיה משקל קל יותר. באופן זה עוצמת הכוח הנדרשת להרמת הפסל תהיה נמוכה יותר.
ג) מים יפעילו כוח על הפסל ביחס למסתו, ומעלה. כוח זה יתווסף לכוח בו העובדים משתמשים כדי לבטל את פעולת כוח המשקל של הפסל.
ד) מים יפעילו כוח כלפי מטה על הפסל, והם יקבלו כוח כלפי מעלה מרצפת הבריכה. כוח זה יעזור לבטל את פעולת כוח המשקל בפסל.
ה) מים יפעילו כוח על הפסל ביחס לנפחו ומעלה. כוח זה יוסיף לכוח שהפועלים מפעילים, ועלול לגרום לכוח כלפי מעלה גדול ממשקלו של הפסל.
פתרון הבעיה
חלופה ה. כאשר הבריכה מתמלאת במים, הכוח הצף יפעל עליה, בכיוון אנכי ומעלה, כך שהיא תהיה "קלה יותר" ותוסר יותר בקלות מקרקעית הבריכה.
מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה
