Hoe een drijfvermogen te berekenen (duwkracht)

Drijfvermogen is een uitwerpkracht die op het lichaam wordt ondergedompeld in vloeistof (of gas), en tegengesteld gericht. In het algemeen kan de duwende kracht worden berekend met de formule: F_B = V_S × D × g, waar f_B - Trekkracht - V_S - Het volume van het lichaam van het lichaam ondergedompeld in de vloeistof - D is de dichtheid van de vloeistof waarin het lichaam wordt ondergedompeld - de zwaartekrachtkracht.

Stappen

Methode 1 van 2:

Berekening met formule

een. Zoek het volume van het lichaam ondergedompeld in de vloeistof (ondergedompeld volume). De duwkracht is recht evenredig met het volume van het lichaamsdeel ondergedompeld in de vloeistof. Met andere woorden, hoe meer het lichaam wordt ondergedompeld, hoe meer uitwerpkracht. Dit betekent dat zelfs de duwkracht werkt op de zinkende lichamen. Ondergedompeld volume moet worden gemeten in m.

In lichamen die volledig worden ondergedompeld in vloeistof, is ondergedompeld volume gelijk aan het volume van het lichaam. In lichamen die in de vloeistof drijven, is het ondergedompelde volume gelijk aan het volume van het lichaam, verborgen onder het oppervlak van de vloeistof.
Overweeg als een voorbeeld een bal die in water drijft. Als de diameter van de bal 1 m is, en het oppervlak van het water tot het midden van de bal komt (dat wil zeggen, wordt het ondergedompeld in de waterhelft), dan is de last van de bal gelijk aan zijn volume gedeeld door 2. Het balvolume wordt berekend met de formule V = (4/3) π (radius) = (4/3) π (0,5) = 0,524 m. Ondergedompeld volume: 0.524 / 2 = 0,262 m.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 2

2. Zoek de dichtheid van de vloeistof (in kg / m), waarin het lichaam wordt ondergedompeld. Dichtheid is de verhouding van lichaamsgewicht tot het volume dat door dit lichaam wordt bezet. Als twee lichamen hetzelfde volume hebben, zal de lichaamsmassa met een grotere dichtheid meer zijn. In de regel, hoe groter de dichtheid van de vloeistof waarin het lichaam wordt ondergedompeld, hoe groter de duwkracht. Vloeistofdichtheid is te vinden op internet of in verschillende referentieboeken.

In ons voorbeeld zwemt de bal in het water. De dichtheid van water is ongeveer gelijk aan 1000 kg / m.

De dichtheid van vele andere vloeistoffen is te vinden hier.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 3

3. Vind de kracht van de zwaartekracht (of een andere kracht die op het lichaam verticaal opdraagt). Het maakt niet uit of het lichaam of de gootstenen zwemt, de kracht van de zwaartekracht handelt er altijd op. In natuurlijke omstandigheden is de kracht van de zwaartekracht (of liever de sterkte van de zwaartekracht die op het lichaam met een gewicht van 1 kg werkt) ongeveer gelijk aan 9,81 N / kg. Als er echter andere krachten op het lichaam zijn, bijvoorbeeld centrifugaalkracht, moeten dergelijke krachten in aanmerking worden genomen en de resulterende kracht verticaal naar beneden gericht worden.

In ons voorbeeld hebben we te maken met het gebruikelijke stationaire systeem, dus alleen de zwaartekracht is geldig voor de bal, gelijk aan 9,81 N / kg.

Echter, als de bal in een watercontainer zwemt, die rond een bepaald punt draait, zal een centrifugale kracht op de bal werken, die de bal en het water niet toestaat en die in de berekeningen in aanmerking moeten worden genomen en waarmee rekening moet worden gehouden.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 4

4. Als u de waarden van het ondergedompelde lichaamsvolume (in M) hebt, de vloeistofdichtheid (in kg / m) en de zwaartekracht (of een andere kracht die verticaal naar beneden leidt), kunt u de uitwerpende kracht berekenen. Om dit te doen, vermenigvuldig de bovenstaande waarden, en u vindt de uitwerpkracht (in H).

In ons voorbeeld: f_B = V_S × D × g. F_B = 0,262 m × 1000 kg / m × 9.81 N / kg = 2570.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 5

vijf. Ontdek of het lichaam zal zwemmen of zinken. Volgens de bovenstaande formule kunt u de uitwerpende kracht berekenen. Maar door extra berekeningen te voltooien, kunt u bepalen of het lichaam zal zwemmen of zinken. Hiertoe vindt u de duwkracht voor het hele lichaam (dat is, in berekeningen, gebruik het volledige lichaamsvolume en niet ondergedompeld volume) en zoek vervolgens de zwaartekracht volgens de formule G = (lichaamsgewicht) * ( 9.81 m / s). Als de duwkracht zwaarder is, zal het lichaam drijven - als de zwaartekracht meer duwkracht is, zal het lichaam zinken. Als de krachten gelijk zijn, dan heeft het lichaam "neutrale drijfvermogen".

Overweeg bijvoorbeeld een 20 kilogram log (cilindrische vorm) met een diameter van 0,75 m en een hoogte van 1,25 m, ondergedompeld in water.

Zoek het volume van het logboek (in ons voorbeeld, het volume van de cilinder) volgens de formule V = π (radius) (hoogte) = π (0.375) (1,25) = 0,55 m.

Bereken vervolgens de duwkracht: f_B = 0,55 m × 1000 kg / m × 9.81 N / kg = 5395.5.

Zoek nu zwaartekracht: G = (20 kg) (9.81 m / s) = 196.2. Deze waarde is veel minder dan de waarde van de duwende kracht, dus het logboek zal zwemmen.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 6

6. Gebruik de hierboven beschreven berekeningen voor het lichaam ondergedompeld in gas. Vergeet niet dat de lichamen niet alleen in vloeistoffen kunnen zwemmen, maar ook in gassen die misschien wat instanties kunnen duwen, ondanks een zeer kleine gasdichtheid (onthoud over de bal, gevuld met helium heliumdichtheid minder luchtdichtheid, dus de ballon met heliumvliegen ( drijft) in de lucht).

Methode 2 van 2:

Staging experiment

een. Plaats een kleine kopje in een emmer. In dit eenvoudige experiment tonen we aan dat de duwkracht handelt op het lichaam, aangezien het lichaam het volume van de vloeistof van het ondergedompelde lichaamsvolume uitwerpt. We zullen ook laten zien hoe we een duwende kracht met het experiment kunnen vinden. Om aan de slag te gaan, plaatst u een kleine beker in een emmer (of een steelpan).

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 8

2. Vul de beker met water (naar randen). doe voorzichtig! Als het water uit de beker resulteerde in een emmer, giet water en begin opnieuw.

Neem voor het experiment aan dat de dichtheid van water 1000 kg / m is (alleen als u geen zout water of andere vloeistof gebruikt).

Gebruik de pipet om de beker aan de randen te vullen.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 9

3. Neem een klein voorwerp dat in een beker past en zal niet worden beschadigd door water. Vind veel van dit lichaam (in kilogram - voor dit weegt het lichaam op de weegschaal en converteer de waarde in gram per kilogram). Verlaag vervolgens het object langzaam in een beker met water (dat is, dompelt het lichaam onder in het water, maar dompel je vingers niet onder). Je zult zien dat wat water uit de beker in de emmer resulteerde.

In dit experiment zullen we lager worden in een beker met water speelgoedauto met een gewicht van 0,05 kg. Het volume van deze auto We hoeven de uitwerpende kracht niet te berekenen.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 10

4. Bij het onderdompelen van het lichaam in het water, duwt het wat volume water (anders zou het lichaam niet in het water duiken). Wanneer het lichaam het water duwt (dat is, werkt het lichaam op het water), het duwen van kracht begint het lichaam (dat wil zeggen, water werkt op het lichaam). Giet water van een emmer naar een meetbeker. Het watervolume in een meetbeker moet gelijk zijn aan het volume van het ondergedompelde lichaam.

Met andere woorden, als het lichaam drijft, is het volume van de ontheemde vloeistof gelijk aan het ondergedompelde lichaamsvolume. Als het lichaam verdronken, is het volume van de ontheemde vloeistof gelijk aan het volume van het hele lichaam.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 11

vijf. Bereken de massa van het ontheemde water volgens de bekende waarden van het volume van deze water- en waterdichtheid. De waarde van het watervolume dat wordt weergegeven door het meetglas, converteert naar M (u kunt het doen hier) en vermenigvuldig het volume van ontheemden water op de dichtheid van water (1000 kg / m).

In ons voorbeeld verdronken een speelgoedauto, met het hebben van ongeveer twee eetlepels water (0,00003 m). We berekenen de massa van het ontheemde water: 1000 kg / m × 0.00003 m = 0,03 kg.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 12

6. Vergelijk de massa ontheemden water met een massa van ondergedompeld lichaam. Als de massa van het ondergedompelde lichaam groter is dan de massa van het ontheemde water, dan zal het lichaam verdrinken. Als de massa van het uitstaande water meer lichaamsgewicht is, drijft het. Daarom, zodat het lichaam om te zwemmen, de hoeveelheid water met een massa die het lichaam zelf overschrijdt vertonen.

Dus, lichamen met een kleine massa, maar groot volume, het beste drijfvermogen bezitten. Deze twee parameters zijn kenmerk van holle lichamen. Denk aan de boot - het heeft uitstekend drijfvermogen, omdat het hol is en vermenigvuldigt veel water met een kleine massa van de boot zelf. Als de boot geen hol was, zou ze helemaal niet zwemmen (en toon).

In ons voorbeeld is de massa van de auto (0,05 kg) groter dan de massa van het ontheemde water (0,03 kg). Zo auto en verdronken.