Vztlak: čo to je, vzorec, Archimedov princíp

O vztlak je sila pôsobiaca na predmety, ktoré sú čiastočne alebo úplne ponorené tekutín, ako vzduch a voda. Ťah je avektorová veľkosťtam, zmerajte v newtonov, ktorá vždy smeruje k to istésmer a v zmyselopak na váhu ponoreného tela. Podľa Archimedovho princípu sa vztlaková sila na telo rovnala veľkosti Váha tekutiny, ktorá bola vytlačená v dôsledku ponorenia tela.

Pozritiež: Pascalova veta a fungovanie hydraulických piestov

definícia ťahu

Ťah je a sila ktorý vzniká, keď niektoré telo zaberá priestor v tekutine. Takáto sila závisí výlučne od objem vytlačenej tekutiny, ako aj hustota tekutín a lokálna gravitácia. Na základe týchto informácií sa pozrime na vzorec, ktorý sa používa na výpočet modulu vztlakovej sily:

A - ťah (N)
d - hustota kvapaliny (kg / m³)
V. - objem ponorený do tela alebo objem vytlačenej tekutiny (m³)

Než pôjdeme ďalej s príkladmi ťahu, vysvetlíme každý z nich veľkostizapojené pri výpočte ťahu. Ak sa chcete hlbšie venovať tejto téme, odporúčame vám pozrieť si náš text ďalej Hydrostatika

. V tomto článku nájdete prehľad všetkého, čo je pre túto oblasť štúdia fyziky najdôležitejšie.

Pozritiež: Všetko, čo potrebujete vedieť o vlnách

  • ťah (E)

ťah je vektor, preto na vykonávanie výpočtov s takouto veľkosťou je potrebné použiť pravidlá sčítania vektorov. Ďalej preto, že sa jedná o a sila, riešenie zložitejších cvičení vyžaduje, aby sme nakoniec použili Newtonov druhý zákon, ktorý tvrdí, že čistá sila na teleso sa rovná súčinu jeho hmotnosti a zrýchlenia.

Nasledujúci obrázok ilustruje prípad, keď je telo úplne ponorené do tekutiny, pretože pôsobí hmotnosť a vztlak. v rovnakom smere (zvislom), ale v opačných smeroch možno výslednú silu vypočítať z rozdielu dva:

Na obrázku udáva rozdiel medzi hmotnosťou a ťahom čistú silu.
Na obrázku udáva rozdiel medzi hmotnosťou a ťahom čistú silu.

Z predloženej schémy je možné vidieť, ako plaváková rovnováha, to znamená, že je možné vedieť, či sa telo potopí alebo zostane na hladine:

  • Ak je hmotnosť tela väčšia ako ťah vyvíjaný kvapalinou, predmet sa potopí;
  • Ak sa hmotnosť tela rovná ťahu vyvíjanému kvapalinou, predmet zostane v rovnováhe;
  • Ak je telesná hmotnosť menšia ako vyvíjaný ťah, predmet vypláva na povrch tekutiny.

Pozritiež: Ako prispela kvantová fyzika k ľudstvu?

  • Hustota kvapaliny (d)

THE hustotaalebo špecifická hmotnosť kvapaliny sa vzťahuje na množstvo hmoty na jednotku objemu tekutiny. Hustota je a veľkosťvyliezť, merané v jednotkách kilogramov na meter kubický (kg / m³), ​​podľa Medzinárodný merací systém (SI).

Skontrolujte vzorec použitý na výpočet hustoty telesa nižšie:

Hustota všetkých telies sa pôvodne merala ako funkcia hustoty čistej vody, takže hustota vody za normálnych podmienok tlaku a teploty (1 atm a 25 ° C) je definovaná v 1 000 kg / m³.

Aj keď na výpočty používame jednotky SI, pre hustotu tekutín je to bežné je vyjadrený v iných jednotkách, takže na obrázku nižšie uvádzame schému, ktorá sa týka o hlavné jednotky merania hustoty a vzťahy medzi nimi a štandardnou jednotkou:

Podľa schémy sa 1000 kg / m³ rovná 1 kg / la 1 g / cm³.
Podľa schémy sa 1000 kg / m³ rovná 1 kg / la 1 g / cm³.

Na pozorovanom obrázku uvádzame najbežnejšie jednotky hustoty tekutín, avšak môžete naraziť na iné jednotky, v takom prípade musíte vedieť, ako používať medzinárodné predpony jednotiekako aj vystupovať objemové prevody.

Pozritiež:Pomáha vám pri chudnutí studená voda?

  • Závažnosť (g)

gravitácia je zrýchlenie že hmota Zeme pôsobí na všetky telá ktoré sú okolo vás. Na úrovni mora gravitácia da Terra má intenzitu 9,81 m / s², väčšina cvičení však používa toto opatrenie zaokrúhlené na 10 m / s², nezabudnite využiť gravitáciu, ako to vyžaduje vyhlásenie z cvičenie.

  • Objem vytlačenej kvapaliny alebo objem tela (V)

Veľkosť objemu obsiahnutá v ťahovom vzorci súvisí s množstvom objem tela je zaliaty v tekutine, alebo k posunutý objem kvapaliny. Objem predmetného tela sa musí merať v metroch kubických (m³).

Archimedov princíp

Podľa špekulácií Archimedov princíp bol vyvinutý, keď si jedného dňa grécky matematik uvedomil, že keď vošiel do svojej vane plnej voda, z vane vypadne veľké množstvo kvapaliny - rovnaký objem, aký ste obsadili vy telo. Po tomto pozorovaní Archimedes dospel k záveru, že hmotnosť a následne hmotnosť vody, ktorá padala z vane, sa nerovnali jej hmotnosti a hmotnosti a že tento rozdiel by vysvetlil prečo telá plávajú.

Ďalej sa uvádza, že:

„Keď sa akékoľvek telo vloží do kvapaliny, na telo vznikne vertikálna a nahor sa vznášajúca sila. Táto sila sa rovná hmotnosti vytlačenej tekutiny “

fluktuačné prípady

Je možné porovnať hustoty tekutín a ponorených teliesok, aby ste predpovedali, či ide o tieto telieska potopí sa, bude plávať alebo zostať v rovnováha. Pozrime sa na tieto situácie:

potápajúce sa telo: ak predmet ponorený do kvapaliny klesne, možno dospieť k záveru, že jeho hustota je vyššia ako hustota kvapaliny, podobne hovoríme, že jeho hmotnosť je väčšia ako ťah vyvíjaný kvapalinou.

Telo v rovnováhe: ak teleso umiestnené na tekutine zostáva v rovnováhe, to znamená, že stojí, môžeme to povedať hustota tela a tekutín je rovnaká, ako aj jeho hmotnosť a ťah.

→ Plávajúce telo: keď telo pláva, ak sa uvoľní do tekutiny, je naň vyvíjaný ťah väčší ako jeho hmotnosť, takže môžeme povedať, že hustota tohto tela je menšia ako hustota tekutiny kde sa ocitne.

Pozri tiež: Môže neustále používanie mobilného telefónu poškodiť vaše zdravie? Zisti to!

zdanlivá hmotnosť

Určite ste si všimli, že niektoré telá vyzerajú svetlejšie, ako v skutočnosti sú, ak sú umiestnené vo vode. Je to preto, že keď sme ponorení, máme okrem váhy aj vztlak herectvo. Rozdiel medzi týmito dvoma silami je známy ako zdanlivá hmotnosť.

Upozorňujeme, že ak budú mať hmotnosť a ťah rovnakú veľkosť, bude zdanlivá hmotnosť tela nulová, to znamená, že za tohto stavu akoby objekt nemal vôbec žiadnu váhu, a preto bude zastavil o tekutine.

Príklady vztlaku

Pozrite sa na niektoré príklady situácií, v ktorých existuje výrazný výkon vztlakovej sily:

  • Pretože je menej hustý ako kvapalná voda, ľad má tendenciu plávať;
  • Vodná para a horúci vzduch majú tendenciu stúpať, pretože keď sú teplejšie, zaberajú viac miesta, takže ich hustota je menšia ako hustota studeného vzduchu;
  • Šampanské bubliny sú tvorené oxid uhličitý, čo je plyn mnohokrát menej hustý ako voda, takže keď otvoríte fľašu šampanského, tieto bubliny sa prudko vytlačia z kvapaliny;
  • Plávajúce balóny to robia kvôli vztlaku atmosférického vzduchu, pretože sú naplnené plynmi s menšou hustotou ako atmosférický plyn, ako je napríklad plynný hélium.

vyriešené cviky

Otázka 1-(Enem 2011)  V experimente uskutočňovanom na stanovenie hustoty vody v jazere boli použité niektoré materiály podľa ilustrované: dynamometer D so stupnicou od 0 N do 50 N a masívna a homogénna kocka s hranou 10 cm a hmotnosťou 3 kg. Spočiatku sa skontrolovala kalibrácia dynamometra, pričom sa overila hodnota 30 N, keď bola kocka pripevnená k dynamometru a suspendovaná vo vzduchu. Ponorením kocky do vody v jazere, kým nebola ponorená polovica jej objemu, bola na dynamometri zaznamenaná hodnota 24 N.

Ak vezmeme do úvahy, že lokálne gravitačné zrýchlenie je 10 m / s², hustota vody v jazere, v kg / m³, je:

a) 0,6
b) 1.2
c) 1.5
d) 2.4
e) 4,8

Rozhodnutie

Alternatíva b.

Najprv je potrebné si uvedomiť, že rozdiel v „hmotnosti“ zaznamenaný na dynamometri sa týka vztlakovej sily vyvíjanej vodou z jazera, ktorá sa v tomto prípade rovnala 6 N. Potom môžeme použiť vzorec vztlaku, pomocou údajov poskytnutých cvičením sledovať výpočet:

Aby sme mohli urobiť vyššie uvedený výpočet, museli sme previesť objem kocky, v kubických centimetroch, na kubické metre.

Otázka 2 -(Enem 2010) Pri stavebných prácach na klube musela skupina pracovníkov odstrániť mohutnú železnú sochu umiestnenú na dne prázdneho bazéna. Piati pracovníci priviazali laná k soche a bez úspechu sa ju pokúsili vytiahnuť. Ak je bazén naplnený vodou, pracovníci budú môcť sochu ľahšie odstrániť, pretože:

a) plastika bude plávať. Týmto spôsobom sa muži nebudú musieť namáhať, aby odstránili sochu zo spodu.
b) socha bude mať nižšiu hmotnosť. Týmto spôsobom bude znížená intenzita sily potrebnej na zdvihnutie sochy.
c) voda bude na sochu pôsobiť silou úmernou jej hmotnosti a smerom nahor. Táto sila sa pridá k sile, ktorú pracovníci používajú na zrušenie pôsobenia váhovej sily sochy.
d) voda bude na sochu pôsobiť silou nadol a z podlahy bazéna bude dostávať silu nahor. Táto sila pomôže zrušiť pôsobenie váhovej sily v plastike.
e) voda bude na sochu pôsobiť silou úmernou jej objemu a smerom nahor. Táto sila pridá k sile, ktorú pracovníci vyvíjajú, a môže viesť k sile smerom hore, ktorá je väčšia ako hmotnosť sochy.

Rozhodnutie

Alternatíva e. Keď je bazén naplnený vodou, bude na neho pôsobiť vztlaková sila, a to vo vertikálnom a nahor smerujúcom smere, takže bude „ľahší“ a ľahšie sa odstráni zo dna bazéna.


Autor: Rafael Hellerbrock
Učiteľ fyziky

Prečo je Gen Z taká osamelá? Pozrite si hlavné dôvody

Mnohí teoretici už poukázali na vedľajšie účinky digitálnej inklúzie a závislosti od používania t...

read more

Sony hovorí, že Spider-Man sa nevráti do MCU

Týždne po prvých správach, stav Pavúčí muž Stále to isté. Dohoda medzi Marvel Studios a Sony bola...

read more

5 NEOMYLNÝCH rituálov na zlepšenie kvality vášho spánku

Existuje niekoľko rituálov, ktoré je možné praktizovať pred spaním, aby vám pomohli dostať telo d...

read more