O pławność to siła działająca na przedmioty, które są częściowo lub całkowicie zanurzone w płyny, jak powietrze i woda. Ciąg jestwielkość wektoratam,zmierz w niutony, który zawsze wskazuje na podobniekierunek i w sensnaprzeciwko do ciężaru zanurzonego ciała. Zgodnie z zasadą Archimedesa siła wyporu działająca na ciało ma wielkość równą Waga płynu, który został przemieszczony z powodu zanurzenia ciała.
Popatrzrównież: Twierdzenie Pascala i działanie tłoków hydraulicznych
definicja ciągu
Ciąg jest siła pojawia się, gdy jakieś ciało zajmuje przestrzeń w płynie. Taka siła zależy wyłącznie od objętość płynu, który został przemieszczony, jak również gęstość płynu i grawitacja lokalna. Na podstawie tych informacji spójrzmy na wzór używany do obliczenia modułu siły wyporu:
I – ciąg (N)
re – gęstość płynu (kg/m³)
V – objętość zanurzona w korpusie lub objętość wypartego płynu (m³)
Zanim przejdziemy dalej z kilkoma przykładami ciągu, wyjaśnimy każdy z of wspaniałościzaangażowany w obliczeniach ciągu. Jeśli chcesz zgłębić temat, proponujemy zapoznać się z naszym tekstem na
Hydrostatyka. W tym artykule znajdziesz przegląd wszystkiego, co jest najważniejsze w tej dziedzinie nauki fizyki.Popatrzrównież: Wszystko, co musisz wiedzieć o falach
ciąg (E)
ciąg jest wektor, dlatego aby wykonać obliczenia z tą wielkością, konieczne jest zastosowanie zasady dodawania wektorów. Co więcej, ponieważ jest to siła, rozwiązanie bardziej złożonych ćwiczeń wymaga, aby ostatecznie zastosować te Drugie prawo Newtona, który twierdzi, że siła wypadkowa działająca na ciało jest równa iloczynowi jego masy i przyspieszenia.
Poniższy rysunek ilustruje przypadek, w którym ciało jest całkowicie zanurzone w płynie podczas działania ciężaru i wyporu. w tym samym kierunku (pionowym), ale w przeciwnych kierunkach, wypadkową siłę można obliczyć z różnicy dwa:
Z przedstawionego schematu można zobaczyć, jak równowaga pływaka, czyli można wiedzieć, czy ciało zatonie, czy pozostanie na powierzchni:
- Jeśli ciężar ciała jest większy niż siła nacisku wywierana przez płyn, obiekt zatonie;
- Jeśli ciężar ciała jest równy naciskowi wywieranemu przez płyn, obiekt pozostanie w równowadze;
- Jeśli ciężar ciała jest mniejszy niż wywierany nacisk, obiekt wypłynie na powierzchnię płynu.
Popatrzrównież: Jak fizyka kwantowa przyczyniła się do rozwoju ludzkości?
Gęstość płynu (d)
TEN gęstość, czyli masa właściwa płynu, odnosi się do ilość materii na jednostkę objętości płynu. Gęstość jest wielkośćwspinać się, mierzony w kilogramach na metr sześcienny (kg/m³), zgodnie z Międzynarodowy system pomiarowy (SI).
Sprawdź poniższy wzór do obliczenia gęstości ciała:
Pierwotnie gęstość wszystkich ciał była mierzona jako funkcja gęstości czystej wody, więc gęstość wody w normalnych warunkach ciśnienia i temperatury (1 atm i 25°C) jest zdefiniowana w 1000 kg/m³.
Chociaż do obliczeń używamy jednostek SI, jest to powszechne w przypadku gęstości płynu jest wyrażona w innych jednostkach, więc na poniższym rysunku przedstawiamy schemat, który dotyczy w główne jednostki miary gęstości oraz relacje między nimi a jednostką standardową:
Na obserwowanym rysunku przedstawiamy najczęstsze jednostki gęstości płynu, jednak możesz natknąć się na inne jednostki, w takim przypadku musisz wiedzieć, jak używać prefiksy systemu jednostek międzynarodowychjak również wykonywać konwersje ilościowe.
Popatrzrównież:Czy zimna woda pomaga schudnąć?
Dotkliwość (g)
grawitacja jest przyśpieszenie że masa Ziemi wywiera wpływ na wszystkie ciała które są wokół ciebie. Na poziomie morza powaga da Terra ma intensywność 9,81 m/s², jednak większość ćwiczeń wykorzystuje ten środek zaokrąglona do 10 m/s², należy pamiętać o wykorzystaniu grawitacji zgodnie z brzmieniem ćwiczenie.
Przemieszczona objętość płynu lub objętość ciała (V)
Wielkość objętości zawarta we wzorze ciągu jest związana z ilością objętość ciała jest zatopiona w płynie, lub przemieszczona objętość płynu. Objętość danego ciała należy mierzyć w metrach sześciennych (m³).
Zasada Archimedesa
Według spekulacji, Zasada Archimedesa powstał, gdy pewnego dnia grecki matematyk zdał sobie sprawę, że kiedy wszedł do wanny pełnej woda, z wanny wypada duża ilość płynu – ta sama objętość, którą zajmowała Twoja ciało. Po tej obserwacji Archimedes doszedł do wniosku, że masa, a co za tym idzie masa wody, która spadła z wanny, nie była równa jej masie i masie i że ta różnica tłumaczyłaby dlaczego ciała unoszą się?.
Następnie stwierdza się, że:
„Kiedy jakiekolwiek ciało jest wkładane do płynu, na ciele powstaje pionowa i skierowana w górę siła wyporu. Ta siła jest równa ciężarowi wypartego płynu"
przypadki wahań
Możliwe jest porównanie gęstości płynu i ciała zanurzonego w celu przewidzenia, czy to ciało zatonie, będzie pływać lub zostań w saldo. Sprawdźmy te sytuacje:
→ tonący korpus: jeśli przedmiot zanurzony w płynie tonie, można wywnioskować, że jego gęstość jest większa niż gęstość płynupodobnie mówimy, że jego ciężar jest większy niż nacisk wywierany przez płyn.
→ Ciało w równowadze: jeśli ciało umieszczone na płynie pozostaje w równowadze, czyli nieruchome, możemy powiedzieć, że gęstość ciała i płynów są równe, a także jego ciężar i siła ciągu.
→ Korpus pływający: kiedy ciało unosi się, jeśli zostanie uwolnione do płynu, nacisk wywierany na nie jest większy niż jego ciężar, więc możemy powiedzieć, że gęstość tego ciała jest mniejsza niż gęstość płynu gdzie się znajduje.
Zobacz też: Czy używanie telefonu komórkowego przez cały czas może zaszkodzić zdrowiu? Przekonaj się!
pozorna waga
Pewnie zauważyłeś, że niektóre ciała wyglądają lżej niż w rzeczywistości, jeśli są umieszczone w wodzie. Dzieje się tak dlatego, że po zanurzeniu oprócz ciężaru mamy pławność gra aktorska. Różnica między tymi dwiema siłami jest znana jako pozorna masa.
Zauważ, że jeśli ciężar i siła ciągu mają tę samą wielkość, pozorna waga ciała będzie zerowa, to znaczy w tym stanie jest tak, jakby obiekt w ogóle nie miał ciężaru, a zatem będzie zatrzymany o płynie.
Przykłady pływalności
Sprawdź kilka przykładów sytuacji, w których występuje wyraziste działanie siły wyporu:
- Ponieważ jest mniej gęsty niż woda w stanie ciekłym, lód ma tendencję do unoszenia się;
- Para wodna i gorące powietrze mają tendencję do podnoszenia się, ponieważ gdy są cieplejsze, zajmują więcej miejsca, przez co ich gęstość jest mniejsza niż w przypadku zimnego powietrza;
- Bąbelki szampana składają się z dwutlenek węgla, który jest gazem wielokrotnie mniej gęstym niż woda, więc kiedy otwierasz butelkę szampana, te bąbelki są gwałtownie wyrzucane z płynu;
- Pływające balony imprezowe robią to z powodu wyporu powietrza atmosferycznego, ponieważ są wypełnione gazami o mniejszej gęstości niż gaz atmosferyczny, takimi jak hel.
rozwiązane ćwiczenia
Pytanie 1-(Wlew 2011) W eksperymencie przeprowadzonym w celu określenia gęstości wody w jeziorze wykorzystano niektóre materiały zgodnie z na ilustracji: dynamometr D z podziałką od 0 N do 50 N oraz masywny i jednorodny sześcian o krawędzi 10 cm i masie 3 kg. Wstępnie sprawdzono kalibrację dynamometru, weryfikując odczyt 30 N, gdy kostka była przymocowana do dynamometru i zawieszona w powietrzu. Zanurzając kostkę w wodzie jeziora, aż do zanurzenia połowy jej objętości, na dynamometrze rejestrowano odczyt 24 N.
Biorąc pod uwagę, że lokalne przyspieszenie ziemskie wynosi 10 m/s², gęstość wody w jeziorze w kg/m³ wynosi:
a) 0,6
b) 1.2
c) 1,5
d) 2,4
e) 4,8
Rozkład
Alternatywa b.
Po pierwsze, należy sobie uświadomić, że różnica „masy” zarejestrowana na dynamometrze odnosi się do siły wyporu wywieranej przez wodę jeziora, która w tym przypadku wynosiła 6 N. Następnie możemy zastosować wzór na pływalność, korzystając z danych podanych w ćwiczeniu, obserwuj obliczenia:
Aby wykonać powyższe obliczenia, musieliśmy przeliczyć objętość sześcianu w centymetrach sześciennych na metry sześcienne.
Pytanie 2 -(Wlew 2010) Podczas budowy klubu grupa robotników musiała usunąć masywną żelazną rzeźbę umieszczoną na dnie pustego basenu. Pięciu robotników przywiązało liny do rzeźby i próbowało ją podnieść, bez powodzenia. Jeśli basen jest wypełniony wodą, pracownikom łatwiej będzie usunąć rzeźbę, ponieważ:
a) rzeźba będzie pływać. W ten sposób mężczyźni nie będą musieli się wysilać, aby zdjąć rzeźbę z dna.
b) rzeźba będzie lżejsza, dzięki czemu siła potrzebna do podniesienia rzeźby będzie mniejsza.
c) woda będzie wywierać na rzeźbę siłę proporcjonalną do jej masy i skierowaną ku górze. Ta siła zostanie dodana do siły używanej przez robotników do anulowania działania siły ciężaru rzeźby.
d) woda będzie wywierać siłę skierowaną w dół na rzeźbę i otrzyma siłę skierowaną w górę od dna basenu. Ta siła pomoże zniwelować działanie siły ciężaru w rzeźbie.
e) woda będzie wywierać na rzeźbę siłę proporcjonalną do jej objętości i skierowaną ku górze. Siła ta zwiększy siłę wywieraną przez robotników i może skutkować siłą skierowaną ku górze większą niż ciężar rzeźby.
Rozkład
Alternatywne mi. Gdy basen zostanie napełniony wodą, działa na niego siła wyporu w kierunku pionowym i do góry, dzięki czemu będzie „lżejszy” i łatwiej będzie go usunąć z dna basenu.
Rafael Hellerbrock
Nauczyciel fizyki
