O drijfvermogen is de kracht die werkt op objecten die gedeeltelijk of volledig zijn ondergedompeld in? vloeistoffen, zoals lucht en water. De stuwkracht is eenvector grootheidDaar,meet in Newton, die altijd verwijst naar de dezelfderichting en in de zintegenover tot het gewicht van het ondergedompelde lichaam. Volgens het principe van Archimedes heeft de opwaartse kracht op een lichaam een grootte gelijk aan Gewicht van de vloeistof die is verplaatst als gevolg van de onderdompeling van het lichaam.
Kijkenook: Stelling van Pascal en de werking van hydraulische zuigers
definitie van stuwkracht
De stuwkracht is een kracht die ontstaat wanneer een lichaam ruimte inneemt in een vloeistof. Een dergelijke sterkte hangt uitsluitend af van de volume vloeistof dat is verplaatst, net zoals vloeistofdichtheid en lokale zwaartekracht. Laten we op basis van deze informatie eens kijken naar de formule die wordt gebruikt om de modulus van de opwaartse kracht te berekenen:
EN – stuwkracht (N)
d – vloeistofdichtheid (kg/m³)
V – lichaam ondergedompeld volume of verplaatst vloeistofvolume (m³)
Voordat we verder gaan met enkele voorbeelden van stuwkracht, zullen we elk van de groothedenbetrokken bij de berekening van de stuwkracht. Als je dieper op het onderwerp wilt ingaan, raden we je aan onze tekst te bekijken op Hydrostatica. In dit artikel vind je een overzicht van alles wat het belangrijkst is voor dit studiegebied in de natuurkunde.
Kijkenook: Alles wat je moet weten over golven
stuwkracht (E)
de stuwkracht is vector, daarom, om berekeningen met deze grootte te maken, is het noodzakelijk dat we de apply toepassen vector optelregels. Bovendien, omdat het een kracht, vereist het oplossen van complexere oefeningen dat we uiteindelijk de De tweede wet van Newton, die beweert dat de netto kracht op een lichaam gelijk is aan het product van zijn massa en versnelling.
De volgende afbeelding illustreert een geval waarin een lichaam volledig is ondergedompeld in een vloeistof, terwijl gewicht en drijfvermogen werken. in dezelfde richting (verticaal), maar in tegengestelde richtingen, kan de resulterende kracht worden berekend door het verschil van twee:
Uit het gepresenteerde schema is het mogelijk om te zien hoe de vlotter balans, dat wil zeggen, het is mogelijk om te weten of een lichaam zal zinken of blijven drijven:
- Als het gewicht van het lichaam groter is dan de stuwkracht die door de vloeistof wordt uitgeoefend, zal het object zinken;
- Als het gewicht van het lichaam gelijk is aan de stuwkracht die de vloeistof uitoefent, blijft het object in evenwicht;
- Als het lichaamsgewicht kleiner is dan de uitgeoefende stuwkracht, zal het object naar het vloeistofoppervlak drijven.
Kijkenook: Hoe heeft kwantumfysica bijgedragen aan de mensheid?
Vloeistofdichtheid (d)
DE dichtheid, of soortelijke massa van de vloeistof, verwijst naar de hoeveelheid materie per eenheid vloeistofvolume. Dichtheid is een grootheidbeklimmen, gemeten in de eenheid kilogram per kubieke meter (kg/m³), volgens de Internationaal meetsysteem (SI).
Controleer de formule die wordt gebruikt om de dichtheid van het lichaam hieronder te berekenen:
Oorspronkelijk werd de dichtheid van alle lichamen gemeten als een functie van de dichtheid van zuiver water, dus de dichtheid van water onder normale omstandigheden van druk en temperatuur (1 atm en 25 ° C) wordt gedefinieerd in 1.000 kg/m³.
Hoewel we SI-eenheden gebruiken om berekeningen te maken, is het gebruikelijk voor vloeistofdichtheid wordt uitgedrukt in andere eenheden, dus in de onderstaande afbeelding presenteren we een schema dat betrekking heeft op: Bij belangrijkste meeteenheden voor dichtheid en de relaties tussen hen en de standaardeenheid:
In de waargenomen figuur presenteren we echter de meest voorkomende eenheden voor vloeistofdichtheid, u kunt andere eenheden tegenkomen, in dat geval moet u weten hoe u de voorvoegsels internationale eenheid unitevenals presteren volumeconversies.
Kijkenook:Helpt koud water om af te vallen?
Ernst (g)
zwaartekracht is de versnelling die de massa van de aarde uitoefent op alle lichamen die om je heen zijn. Op zeeniveau is de zwaartekracht da Terra heeft een intensiteit van 9,81 m/s², maar de meeste oefeningen gebruiken deze maat afgerond op 10 m/s², vergeet niet om gebruik te maken van de zwaartekracht zoals vereist door de verklaring van oefening.
Verplaatst vloeistofvolume of lichaamsvolume (V)
De grootte van het volume in de stuwkrachtformule is gerelateerd aan de hoeveelheid lichaamsvolume is ingebed in de vloeistof, of te verplaatst vloeistofvolume. Het volume van het betreffende lichaam moet worden gemeten in kubieke meters (m³).
Het principe van Archimedesmede
Volgens speculatie zou de Het principe van Archimedesmede werd ontwikkeld toen de Griekse wiskundige zich op een dag realiseerde dat toen hij in zijn badkuip vol water, valt er een grote hoeveelheid vloeistof uit de badkuip - hetzelfde volume dat werd ingenomen door uw lichaam. Na deze observatie concludeerde Archimedes dat de massa en bijgevolg het gewicht van het water dat uit de badkuip viel niet gelijk was aan zijn gewicht en massa en dat dit verschil de waarom lichamen drijven.
Er wordt dan gesteld dat:
"Wanneer een lichaam in een vloeistof wordt ingebracht, ontstaat er een verticale en opwaartse drijvende kracht op het lichaam. Deze kracht is gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof"
fluctuatie gevallen
Het is mogelijk om de dichtheden van de vloeistof en het ondergedompelde lichaam te vergelijken om te voorspellen of dit lichaam zal zinken, zal drijven of blijf binnen balans. Laten we eens kijken naar deze situaties:
→ zinkend lichaam: als het object dat in de vloeistof is ondergedompeld, zinkt, kan worden geconcludeerd dat het dichtheid is groter dan vloeistofdichtheid fluid, op dezelfde manier zeggen we dat het gewicht groter is dan de stuwkracht die door de vloeistof wordt uitgeoefend.
→ Lichaam in balans: als een lichaam dat op een vloeistof is geplaatst in evenwicht blijft, dat wil zeggen gestopt is, kunnen we zeggen dat lichaams- en vloeistofdichtheden zijn gelijk, evenals zijn gewicht en stuwkracht.
→ Drijvend lichaam: wanneer een lichaam drijft, als het in een vloeistof wordt losgelaten, is de kracht die erop wordt uitgeoefend groter dan het gewicht, dus kunnen we zeggen dat de de dichtheid van dit lichaam is kleiner dan de dichtheid van de vloeistof waar hij zich bevindt.
Zie ook: Kan het gebruik van een mobiele telefoon uw gezondheid schaden? Zoek het uit!
schijnbaar gewicht
Je hebt waarschijnlijk gemerkt dat sommige lichamen er lichter uitzien dan ze in werkelijkheid zijn als ze in het water worden geplaatst. Dit komt omdat we, wanneer ondergedompeld, naast het gewicht, de drijfvermogen acteren. Het verschil tussen deze twee krachten staat bekend als het schijnbare gewicht.
Merk op dat als het gewicht en de stuwkracht dezelfde grootte hebben, het schijnbare gewicht van het lichaam nul zal zijn, dat wil zeggen, in deze toestand is het alsof het object helemaal geen gewicht heeft en daarom zal het gestopt over de vloeistof.
Voorbeelden van drijfvermogen
Bekijk enkele voorbeelden van situaties waarin sprake is van een expressieve uitvoering van de drijvende kracht:
- Omdat het minder dicht is dan vloeibaar water, heeft ijs de neiging te drijven;
- Waterdamp en hete lucht hebben de neiging om op te stijgen, omdat wanneer ze heter zijn, ze meer ruimte innemen, waardoor hun dichtheid lager is dan de dichtheid van koude lucht;
- Champagne bubbels zijn gemaakt van kooldioxide, een gas dat vele malen minder dicht is dan water, dus als je een fles champagne opent, worden deze bubbels met geweld uit de vloeistof verdreven;
- Drijvende feestballonnen doen dit vanwege het drijfvermogen van atmosferische lucht, omdat ze zijn gevuld met gassen die minder dicht zijn dan atmosferisch gas, zoals heliumgas.
opgeloste oefeningen
Vraag 1-(Vijand 2011) In een experiment dat werd uitgevoerd om de dichtheid van water in een meer te bepalen, werden sommige materialen gebruikt volgens: afgebeeld: een dynamometer D met een schaalverdeling van 0 N tot 50 N en een massieve en homogene kubus met een rand van 10 cm en een massa van 3 kg. Aanvankelijk werd de kalibratie van de dynamometer gecontroleerd, waarbij een aflezing van 30 N werd geverifieerd toen de kubus aan de dynamometer werd bevestigd en in de lucht werd opgehangen. Door de kubus onder te dompelen in het water van het meer, totdat de helft van zijn volume was ondergedompeld, werd de aflezing van 24 N geregistreerd op de rollenbank.
Aangezien de lokale zwaartekrachtversnelling 10 m/s² is, is de dichtheid van het meerwater, in kg/m³, gelijk aan:
a) 0,6
b) 1.2
c) 1.5
d) 2.4
e) 4.8
Resolutie
alternatief b.
Ten eerste is het noodzakelijk om te beseffen dat het verschil in "gewicht" dat op de rollenbank wordt geregistreerd, verwijst naar de opwaartse kracht die wordt uitgeoefend door het meerwater, in dit geval gelijk aan 6 N. Daarna kunnen we de formule voor het drijfvermogen toepassen, met behulp van de gegevens die door de oefening zijn verstrekt, de berekening observeren:
Om de bovenstaande berekening uit te voeren, moesten we het volume van de kubus, in kubieke centimeters, omrekenen naar kubieke meters.
Vraag 2 -(Vijand 2010) Tijdens bouwwerkzaamheden aan een club moest een groep arbeiders een massief ijzeren beeld verwijderen dat op de bodem van een leeg zwembad was geplaatst. Vijf arbeiders bonden touwen vast aan het beeld en probeerden het omhoog te trekken, zonder succes. Als het zwembad is gevuld met water, is het gemakkelijker voor werknemers om het beeld te verwijderen, omdat:
a) sculptuur zal drijven. Op die manier hoeven mannen zich niet in te spannen om het beeld van de bodem te verwijderen.
b) het beeld wordt lichter van gewicht, waardoor de intensiteit van de kracht die nodig is om het beeld op te tillen lager is.
c) water oefent een kracht uit op de sculptuur die evenredig is met zijn massa, en naar boven. Deze kracht zal worden toegevoegd aan de kracht die de arbeiders gebruiken om de werking van de gewichtskracht van de sculptuur op te heffen.
d) water oefent een neerwaartse kracht uit op het beeld, en het zal een opwaartse kracht ontvangen van de zwembadbodem. Deze kracht helpt de werking van de gewichtskracht in de sculptuur teniet te doen.
e) water oefent een kracht uit op de sculptuur die evenredig is met het volume, en naar boven. Deze kracht zal bijdragen aan de kracht die de arbeiders uitoefenen en kan resulteren in een opwaartse kracht die groter is dan het gewicht van het beeldhouwwerk.
Resolutie
alternatief e. Wanneer het zwembad gevuld is met water, zal de opwaartse kracht erop werken, zowel in verticale als opwaartse richting, zodat het "lichter" zal zijn en gemakkelijker van de bodem van het zwembad kan worden verwijderd.
Door Rafael Hellerbrock
Natuurkunde leraar
