Kuinka laskea työntövoima: 12 askelta (kuvilla) - Vihjeitä

Sisältö

Askeleet
vinkkejä
Tarvittavat materiaalit

Työntövoima on voima, joka vaikuttaa painovoiman vastakkaiseen suuntaan ja joka vaikuttaa kaikkiin nesteeseen upotettuihin esineisiin. Kun esine asetetaan nesteeseen, sen paino työntää nestettä (nestettä tai kaasua), kun taas kelluva voima työntää esineen ylöspäin toimien painovoimaa vastaan. Yleisesti ottaen tämä voima voidaan laskea yhtälöllä F_B = V_s × D × g, missä F_B on kelluva voima, V_s on upotettu tilavuus, D on nesteen tiheys, johon esine on upotettu, ja g on painovoima. Opi kuinka määrittää objektin työntövoima, katso vaihe 1 aloittamiseksi.

Askeleet

Menetelmä 1/2: Käytetään kelluvuusvoimayhtälöä

Etsi äänenvoimakkuus esineen upotetusta osasta. Kohteeseen vaikuttava kelluva voima on suoraan verrannollinen upotetun esineen tilavuuteen. Toisin sanoen, mitä kiinteämpi esine, sitä suurempi siihen vaikuttava kelluva voima on. Tämä tarkoittaa, että jopa nesteeseen upottavilla esineillä on voima, joka työntää ne ylöspäin. Tämän intensiteetin laskemisen aloittamiseksi ensimmäinen vaihe on määrittää upotetun objektin tilavuus. Yhtälölle tämän arvon on oltava metreinä.
- Kohteiden ollessa täysin upotettuina nesteeseen, upotettu tilavuus on sama kuin esine. Niille, jotka kelluvat nesteen pinnalla, otetaan huomioon vain pinnan alapuolella oleva tilavuus.
- Oletetaan esimerkiksi, että haluamme löytää vedessä kelluvaa kumipalloa vaikuttavan kelluvan voiman. Jos pallo on täydellinen pallo, halkaisijaltaan yksi metri, ja se kelluu veteen puoliksi, voimme löytää upotetun osan tilavuuden löytämällä pallon kokonaistilavuus ja jakamalla se kahdella. Koska pallon tilavuus on annettu (4/3) π (säde), tiedetään, että meillä on tulos (4/3) π (0,5) = 0,524 metriä. 0,524 / 2 = 0,262 metriä veden alla.
Etsi nesteesi tiheys. Seuraava askel kelluvan voiman löytämisprosessissa on määritellä tiheys (kilogrammoina / metri), jolle esine upotetaan. Tiheys on esineen tai aineen suhteellisen painon mitta tilavuuden mukaan. Kun otetaan huomioon kaksi yhtä tilavuusista objektia, painaa eniten yksi, jonka tiheys on suurin. Pääsääntö, mitä suurempi nesteen tiheys on, sitä suurempi kelluvuusvoima se on. Nesteillä on yleensä helpompaa määrittää tiheys vertailumateriaalien avulla.
- Esimerkissämme pallo kelluu vedessä. Kuultuaan akateemista voimaa voimme havaita, että veden tiheys on noin 1000 kiloa / metri.
- Muiden yleisten nesteiden tiheydet on lueteltu teknisissä lähteissä. Tällainen luettelo löytyy täältä.
Etsi painovoima (tai toinen alaspäin suuntautuva voima). Olipa esine kelluva vai täysin upotettu, se on aina altistunut painovoimalle. Todellisessa maailmassa tämä vakiovoima on yhtä suuri kuin 9,81 newtonia / kg. Kuitenkin tilanteissa, joissa toinen voima, kuten sentrifugi, vaikuttaa nesteeseen ja upotettuun esineeseen, niiden on myös otettava huomioon laskevan kokonaisvoiman määrittämiseksi.
- Esimerkissämme, jos kyseessä on tavallinen ja paikallaan oleva järjestelmä, voidaan olettaa, että ainoa alas vaikuttava voima on edellä mainittu painovoima.
- Entä jos pallo kellui ämpäri vettä ja pyörii suurella nopeudella vaakasuorassa ympyrässä? Jos tässä tapauksessa oletetaan, että kauha pyörii riittävän nopeasti sen varmistamiseksi, että sekä vesi että pallo eivät pudota, laskeva voima tässä tilanteessa johtuu keskipakoisvoimasta, joka johtuu kauhan liikkeestä, ei maan painovoimasta.
Kerro tilavuus × tiheys × painovoima. Kun sinulla on esineesi tilavuuden arvoja (metreinä), nesteesi tiheyttä (naulaa / metri) ja painovoimaa (tai järjestelmän alaspäin suuntautuvaa voimaa), nostovoiman löytäminen on helppoa. Kerro vain nämä kolme määrää löytääksesi voiman newtonina.
- Ratkaistaan esimerkki korvaamalla arvot yhtälössä F_B = V_s × D × g. F_B = 0,262 metriä × 1000 kiloa / metri × 9,81 newtonia / kilo = 2570 Newtonia.
Selvitä esineesi kellua vertaamalla sitä painovoimaan. Kelluvuusvoimayhtälöä käyttämällä on helppo löytää voima, joka työntää esineen ulos nesteestä, johon se on upotettu. Hieman lisätyöllä voit kuitenkin myös määrittää, kelluuko esine kelluuko vai uppoaa. Löydä vain esineen kelluva voima (toisin sanoen, käytä sen koko tilavuutta V: nä)_s), sitten löytää painovoima yhtälöllä G = (esineen massa) (9,81 metriä / sekunnissa). Jos kelluva voima on suurempi kuin painovoima, esine kelluu. Mutta jos painovoima on suurempi, se uppoaa. Jos ne ovat samoja, objektin sanotaan olevan "neutraali".
- Oletetaan esimerkiksi, että haluamme tietää, jos kelluu vedessä 20 kilogramman lieriömäinen puinen tynnyri, jonka halkaisija on 0,75 metriä ja korkeus 1,25 metriä. Tämä vaatii muutamia vaiheita:
  - Voimme löytää sen tilavuuden kaavalla V = π (säde) (korkeus). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 metriä.
  - Sen jälkeen olettaen painovoiman ja vesitiheyden oletusarvot, voimme määrittää tynnyrin kelluvan voiman. 0,55 metriä × 1000 kiloa / metri × 9,81 newtonia / kilo = 5395,5 Newtonit.
  - Nyt meidän on löydettävä tynnyrissä painovoima. G = (20 kg) (9,81 metriä / sekunnissa) = 196,2 Newtonit. Se on paljon vähemmän kuin kelluva voima, joten tynnyri kelluu.
Käytä samaa tekniikkaa, kun nesteesi on kaasua. Kun ratkaiset ripo-ongelmia, muista, että nesteen ei tarvitse olla nestettä. Kaasuja pidetään myös juoksevina ja huolimatta siitä, että niiden tiheydet ovat pienemmät kuin muun tyyppisissä materiaaleissa, ne voivat silti kannattaa joidenkin esineiden painoa. Yksinkertainen heliumipallo on todiste siitä. Koska ilmapalloissa oleva kaasu on vähemmän tiheää kuin ympäröivä neste, se kelluu!

Menetelmä 2/2: Yksinkertaisen työntökokeen suorittaminen

Aseta pieni kuppi tai kulho suurempaan astiaan. Joillakin taloustavaroilla on helppo nähdä kelluvuuden periaatteet toiminnassa! Tässä yksinkertaisessa kokeessa osoitamme, että upotettu esine kokee kelluvuuden, koska se syrjäyttää nesteen määrän, joka on yhtä suuri kuin upotetun esineen tilavuus. Suorittaessamme tätä, osoitamme myös, kuinka löytää kokeen kelluva voima. Aloita asettamalla pieni astia, kuten kulho tai kuppi, suurempaan astiaan, kuten isompaan kulhoon tai ämpäriin.
Täytä astia sisäpuolelta reunaan. Täytä sitten suurempi astia vedellä. Haluat, että vedenkorkeuden tulisi olla reunan yläpuolella, ilman että se kaatuu. Ole varovainen! Jos vuotaa vettä, tyhjennä suurempi säiliö ennen kuin yrität uudelleen.
- Tässä kokeessa on turvallista olettaa, että veden tiheydellä on vakioarvo 1000 kiloa / metri. Ellet käytä suolavettä tai muuta nestettä, useimpien vesityyppien tiheys on lähellä referenssiä.
- Jos sinulla on tiputin, voi olla erittäin hyödyllistä tarkistaa sisäsäiliön vesitaso.
Upota pieni esine. Nyt etsi pieni esine, joka sopii sisäsäiliön sisään ja jota vesi ei vahingoita. Etsi tämän esineen massa kilogrammoina (käytä tätä asteikolla). Upota sitten esinettä veteen, kunnes sormet kastuvat, kunnes se alkaa kellua tai et voi enää pitää sitä. Sinun tulee huomata, että vettä sisäsäiliöstä valuu ulompaan astiaan.
- Oletetaan esimerkiksi, että sijoitamme 0,05 kg: n painoisen leluvanin sisäsäiliön sisään. Meidän ei tarvitse tietää auton tilavuutta laskeaksesi työntövoimaa, kuten näemme seuraavaksi.
Kerää ja mittaa valunut vesi. Kun upotat esineen veteen, veden siirtyminen tapahtuu; jos ei, hänellä ei olisi tilaa päästä veteen. Kun hän työntää nestettä, vesi työntyy takaisin aiheuttaen työntövoiman. Ota valunut vesi ja laita se mittauskuppiin. Veden tilavuuden on oltava sama kuin upotetun tilavuuden.
- Toisin sanoen, jos esineesi kelluu, vuotamasi vesimäärä on yhtä suuri kuin veteen upotetun esineen tilavuus. Jos esineesi uppoaa, sen vuotanut vesimäärä on yhtä suuri kuin koko esineen tilavuus.
Laske vuotaneen veden paino. Koska tiedät veden tiheyden ja pystyt mittaamaan vuotaman määrän, voit löytää massan. Muunna tilavuus yksinkertaisesti metreiksi (tällainen online-muuntamistyökalu voi olla hyödyllinen) ja kerro veden tiheydellä (1000 kiloa / metri).
- Sanotaan esimerkissämme, että kärrymme upposi ja liikkui noin kaksi ruokalusikallista (0,00003 metriä).Veden massa saadaan kertomalla sen tiheydellä :: 1000 kiloa / metri × 0,00003 metriä = 0,03 kiloa.
Vertaa siirrettyä tilavuutta esineen massaan. Nyt kun tiedät upotetun massan ja siirretyn massan, vertaa niitä nähdäksesi mikä on suurempi. Jos sisäsäiliössä olevan upotetun esineen massa on suurempi kuin siirretyn vesimassan, sen on oltava uppoutunut. Mutta jos siirretyn veden massa on suurempi kuin, esineen on oltava kelluva. Tämä on kelluvuuden periaate; Jotta esine kelluisi, sen on syrjäyttävä esineen massaa suurempi vesimassa.
- Silti esineet, joiden massa on pienempi, mutta suuremmat tilavuudet, ovat kohteita, jotka kelluvat eniten. Tämä ominaisuus tarkoittaa, että ontot esineet kelluvat. Ajattele kanootti; se kelluu, koska se on ontto, joten se voi liikuttaa paljon vettä ilman, että sillä pitäisi olla suurta massaa. Jos kanootit olisivat kiinteitä, ne eivät kelluisi hyvin.
- Esimerkissämme auton massa on 0,05 kg, suurempi kuin syrjäytetty vesi, 0,03 kg. Tämä vahvistaa tuloksemme: auto uppoaa.