Ako vypočítať vztlak (tlačenie sily)

Vztlak je vysunutá sila, ktorá pôsobí na tele, ponorené do tekutiny (alebo plynu) a smeruje opačne. Vo všeobecnosti sa môže tlaková sila vypočítať vzorcom: f_B = V_S × D × G, kde f_B - Ťahanie sily - V_S - Objem tela tela ponoreného v kvapaline - D je hustota kvapaliny, do ktorej je telo ponorené - gravitačná sila.

Kroky

Metóda 1 z 2:

Výpočet podľa vzorca

jeden. Nájdite objem tela ponoreného v kvapaline (ponorený objem). Tlačová sila je priamo úmerná objemu časti tela ponorenej do kvapaliny. Inými slovami, tým viac sa telo ponorí, tým viac vysúvacej sily. To znamená, že aj tlačová sila pôsobí na potopených telách. Ponorený objem by sa mal merať v m.

V telách, ktoré sú plne ponorené do kvapaliny, ponorený objem sa rovná objemu tela. V tiel, ktoré plávajú v kvapaline, ponorený objem sa rovná objemu tela, skryté pod povrchom kvapaliny.
Ako príklad zvážte loptu plávajúce vo vode. Ak je priemer lopty 1 m, a povrch vody prichádza do stredu lopty (to znamená, že sa ponorí do vody v vode), potom sa bremeno lopty rovná jeho objemom rozdelenej 2. Objem guľôčky sa vypočíta vzorcom V = (4/3) π (polomer) = (4/3) π (0,5) = 0,524 m. Ponorený objem: 0,524 / 2 = 0,262 m.

2. Nájsť hustotu tekutiny (v kg / m), v ktorej je telo ponorené. Hustota je pomer telesnej hmotnosti objemu obsadeného týmto telom. Ak majú dve telá rovnaký objem, telesná hmotnosť s väčšou hustotou bude viac. Spravidla, tým väčšia je hustota kvapaliny, v ktorej je telo ponorené, tým väčšia je tlačová sila. Hustota kvapaliny možno nájsť na internete alebo v rôznych referenčných knihách.

V našom príklade lopta pláva vo vode. Hustota vody je približne rovná 1000 kg / m.

Hustota mnohých iných kvapalín možno nájsť tu.

Obrázok s názvom Vypočítať vztlak krok 3

3. Nájdite si gravitáciu (alebo akúkoľvek inú silu, ktorá pôsobí na tele vertikálne nadol). Nezáleží na tom, či telo alebo klesá, silu gravitácie vždy pôsobí. V prírodných podmienkach je sila gravitácie (alebo skôr silu gravitácie pôsobiaceho na telese s hmotnosťou 1 kg) približne rovnaká ako 9,81 n / kg. Avšak, ak existujú iné sily na tele, napríklad, odstredivá sila, musia sa zohľadniť takéto sily a vypočítať výslednú silu smerujúcu vertikálne nadol.

V našom príklade sa zaoberáme obvyklým stacionárnym systémom, takže len sila gravitácie platí pre loptu, ktorá sa rovná 9,81 n / kg.

Ak sa však lopta pláva vo vodnej nádobe, ktorá sa otáča okolo určitého bodu, potom sa odstredivá sila koná na loptu, ktorá neumožňuje loptu a vodu, aby sa rozstrelili a ktoré sa musia zohľadniť pri výpočtoch.

Obrázok s názvom Vypočítať vztlak krok 4

4. Ak máte hodnoty ponoreného objemu telesa (v m), hustotu kvapaliny (v kg / m) a silu gravitácie (alebo akúkoľvek inú silu smerovanú vertikálne nadol), potom môžete vypočítať ejecovaciu silu. Aby ste to urobili, jednoducho znásobiť vyššie uvedené hodnoty a nájdete vysunutie sily (v h).

V našom príklade: F_B = V_S × D × g. F_B = 0,262 m × 1000 kg / m × 9,81 n / kg = 2570.

Obrázok s názvom Vypočítať vztlačný krok 5

päť. Zistite, či telo pláva alebo umývadlo. Podľa vyššie uvedeného vzorca môžete vypočítať ejecovaciu silu. Ale vyplnením ďalších výpočtov môžete určiť, či telo pláva alebo umývadlo. Ak to chcete urobiť, nájdite tlačovú silu pre celé telo (to znamená, že vo výpočtoch, použite celý objem telesa, a nie ponorený objem) a potom nájsť silu gravitácie podľa vzorca G = (telesná hmotnosť) * ( 9.81 m / s). Ak je tlačná sila viac gravitácie, telo sa pláva - ak je sila gravitácie viac tlačiť silu, telo sa potopí. Ak sú sily rovnaké, potom telo má "neutrálny vztlak".

Napríklad zvážte 20 kilogram (valcový formulár) s priemerom 0,75 m a výškou 1,25 m, ponorené do vody.

Nájdite hlasitosť log (v našom príklade objem valca) podľa vzorca V = π (polomer) (výška) = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.

Potom vypočítajte tlačovú silu: f_B = 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 n / kg = 5395,5.

Teraz nájdite gravitáciu: g = (20 kg) (9,81 m / s) = 196.2. Táto hodnota je oveľa nižšia ako hodnota tlačenej sily, takže denník pláva.

Obrázok s názvom Vypočítať vztlak Krok 6

6. Použite vyššie opísané výpočty pre telo ponorené do plynu. Pamätajte si, že telá môžu plávať nielen v tekutinách, ale aj v plynoch, ktoré môžu dobre tlačiť niektoré telesá, napriek veľmi malej hustote plynu (nezabudnite na guľu, naplnenú hosťom hélium hustoty menšou hustotou vzduchu, takže balónik s hélium letí ( plaváky) vo vzduchu).

Metóda 2 z 2:

Experiment

jeden. Umiestnite malý pohár do vedra. V tomto jednoduchom experimente ukazujeme, že tlačiaca sila pôsobí na tele, pretože telo vysunie objem kvapaliny rovný ponorenému objemu telesu. Ukážeme tiež, ako nájsť tlačovú silu s experimentom. Ak chcete začať, umiestnite malý pohár do vedra (alebo hrniec).

2. Naplňte pohár vodou (na okraje). buď opatrný! Ak voda z pohára vyústila do vedra, nalejte vodu a začnite.

Pre experiment predpokladaj, že hustota vody je 1000 kg / m (len ak nepoužívate soľnú vodu alebo inú tekutinu).

Pomocou pipety na vyplnenie pohára na hrany.

3. Urobte si malý predmet, ktorý sa zapadá do šálky a nebude poškodený vodou. Nájdite veľa tohto tela (v kilogramoch - pre to vážte telo na stupnici a previesť hodnotu v gramoch na kilogram). Potom pomaly znižujte predmet do šálky s vodou (to znamená, že telo ponorte do vody, ale neponárajte prsty). Uvidíte, že nejaká voda vystúpila z pohára v vedre.

V tomto experimente budeme znížiť v pohári s vodnou hračkou automobilom s hmotnosťou 0,05 kg. Objem tohto auta Nemusíme vypočítať vysunutú silu.

Obrázok s názvom Vypočítať vztlak krok 10

4. Pri ponorení tela vo vode, tlačí nejaký objem vody (inak by telo nebolo ponoriť do vody). Keď telo tlačí vodu (to znamená, že telo pôsobí na vodu), tlačiaca sila začína telu (to znamená, že voda pôsobí na tele). Nalejte vodu z vedra do meracieho pohára. Objem vody v meracej šálke by sa mal rovnať objemu ponoreného telesa.

Inými slovami, ak sa telo pláva, objem premiestnenej tekutiny sa rovná ponornému objemu telesu. Ak sa telo utopilo, objem premiestnenej kvapaliny sa rovná objemom celého tela.

Obrázok s názvom Vypočítať vztlak Krok 11

päť. Vypočítať hmotnosť vysielanej vody podľa známych hodnôt objemu tejto vody a vody vody. Hodnota objemu vody, ktorá je znázornená meraním, konvertovať na m (môžete to urobiť tu), a potom znásobiť objem vysielanej vody na hustotu vody (1000 kg / m).

V našom príklade sa automobilové auto utopilo, čo bolo zrejmé asi dve polievkové lyžice vody (0,00003 m). Vypočítavame hmotnosť vysielanej vody: 1000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 kg.

Obrázok s názvom Vypočítať vztlačný krok 12

6. Porovnajte hmotnosť vysídlenej vody s hmotnosťou ponoreného tela. Ak je hmotnosť ponoreného telesa väčšia ako hmotnosť vysielanej vody, potom sa telo utopí. Ak je hmotnosť vynikajúcej vody viac telesnej hmotnosti, pláva. Preto, aby telo plávať, malo by vykazovať množstvo vody s hmotnosťou presahujúcou samotnému telu.

Teda telá majú malú hmotu, ale veľký objem, majú najlepší vztlak. Tieto dva parametre sú charakteristické pre duté telesá. Pamätajte na loď - má vynikajúci vztlak, pretože je to duté a vytesní veľa vody s malou hmotnosťou samotnej lode. Ak loď nebola dutina, nebola by vôbec plávať (a tón).

V našom príklade je hmotnosť vozidla (0,05 kg) väčšia ako hmotnosť vysielanej vody (0,03 kg). Tak auto a utopené.