Plūdrumas yra jėga, veikianti priešinga gravitacijos krypčiai, kuri veikia visus skystyje panardintus objektus. Kai daiktas dedamas į skystį, jo svoris stumia skystį (skystį ar dujas), o plūduriuojanti jėga stumia objektą aukštyn, veikdama prieš gravitaciją. Apskritai šią jėgą galima apskaičiuoti naudojant lygtį FB = V.s × D × g, kur F.B yra plūduriuojanti jėga, V.s yra panardintas tūris, D - skysčio, kuriame yra panardintas objektas, tankis, o g - gravitacijos jėga. Norėdami sužinoti, kaip nustatyti objekto plūdrumą, pradėkite nuo 1 veiksmo.
žingsniai
1 iš 2 metodas: naudojant plūduriuojančios jėgos lygtį
Žingsnis 1. Raskite panardintos objekto dalies tūrį
Plūduriuojanti jėga, veikianti objektą, yra tiesiogiai proporcinga panardinto objekto tūriui. Kitaip tariant, kuo kietesnis objektas, tuo didesnė jį veikianti plūduriuojanti jėga. Tai reiškia, kad net skystyje paskendę objektai turi jėgą, stumiančią juos aukštyn. Norėdami pradėti apskaičiuoti šį intensyvumą, pirmiausia turite nustatyti panardinto objekto tūrį. Lygčiai ši vertė turi būti metrais3.
- Objektams, kurie yra visiškai panardinti į skystį, panardintas tūris yra toks pat kaip ir objekto. Tiems, kurie plaukioja skysčio paviršiuje, atsižvelgiama tik į tūrį žemiau paviršiaus.
- Pavyzdžiui, norime rasti plūduriuojančią jėgą, veikiančią vandenyje plaukiojantį guminį rutulį. Jei rutulys yra tobula sfera, vieno metro skersmens ir pusiau plaukioja vandenyje, mes galime rasti panardintos dalies tūrį, suradę bendrą rutulio tūrį ir padaliję iš dviejų. Kadangi sferos tūris nurodomas (4/3) π (spindulys)3, žinoma, kad turėsime rezultatą (4/3) π (0, 5)3 = 0,524 metrai3. 0, 524/2 = 0,262 metrai3 panardintas.
Žingsnis 2. Raskite skysčio tankį
Kitas plūdriosios jėgos paieškos procesas yra tankio (kilogramais/metras) apibrėžimas3), kurio objektas yra panardintas. Tankis yra objekto ar medžiagos santykinio svorio tūrio matas. Turint du vienodo tūrio objektus, tas, kurio tankis didesnis, sveria daugiau. Paprastai kuo didesnis skysčio tankis, tuo didesnė jo plūduriuojanti jėga. Naudojant skysčius, paprastai lengviau nustatyti tankį, žiūrint į etalonines medžiagas.
- Mūsų pavyzdyje rutulys plaukioja ant vandens. Pasikonsultavę su akademine jėga, galime pastebėti, kad vandens tankis yra maždaug 1000 kilogramų/metras3.
- Kitų įprastų skysčių tankiai išvardyti inžineriniuose šaltiniuose. Jų sąrašą galite rasti čia.
Žingsnis 3. Raskite gravitacinę jėgą (ar kitą žemyn nukreiptą jėgą)
Nesvarbu, ar objektas yra plaukiojantis, ar visiškai panardintas, jis visada yra veikiamas traukos jėgos. Realiame pasaulyje ši nuolatinė jėga yra lygi 9, 81 niutonai/kilogramas. Tačiau tais atvejais, kai kitą jėgą, pvz., Centrifugą, veikia skystis ir panardintas objektas, taip pat reikia atsižvelgti į tai, kad būtų nustatyta visa jėga žemyn.
- Mūsų pavyzdyje, jei mes susiduriame su įprasta ir nejudančia sistema, galime manyti, kad vienintelė jėga, veikianti žemyn, yra aukščiau paminėta gravitacijos jėga.
- Tačiau ką daryti, jei mūsų kamuolys plauktų vandens kibire, dideliu greičiu suktųsi horizontaliu apskritimu? Šiuo atveju, darant prielaidą, kad kaušas sukasi pakankamai greitai, kad vanduo ir rutulys nenukristų, jėga žemyn šioje situacijoje atsirastų dėl išcentrinės jėgos, kurią sukuria kibiras, o ne žemės traukos jėga.
4 žingsnis. Padauginkite tūrį × tankį × gravitaciją
Kai turite objekto tūrio reikšmes (metrais 3), skysčio tankį (kilogramais/metras3) ir gravitacijos jėga (arba jūsų sistemos jėga žemyn), lengva rasti plūduriuojančią jėgą. Tiesiog padauginkite šiuos tris dydžius, kad rastumėte jėgą niutonais.
Išspręskime savo pavyzdį, pakeisdami savo vertes į F lygtįB = V.s × D × g. FB = 0,262 metrai3 × 1000 kilogramų/metras3 × 9, 81 niutonas/kilogramas = 2570 niutonų.
Žingsnis 5. Sužinokite, ar jūsų objektas plūduriuoja, lygindamas jį su gravitacijos jėga
Naudojant plūduriuojančios jėgos lygtį, lengva rasti jėgą, kuri stumia objektą iš skysčio, kuriame jis yra panardintas. Tačiau šiek tiek padirbėjus taip pat galima nustatyti, ar objektas plūdės, ar skęs. Tiesiog raskite plūduriuojančią objekto jėgą (kitaip tariant, naudokite visą jo tūrį kaip V.s), tada raskite gravitacijos jėgą lygtimi G = (objekto masė) (9,81 metrai per sekundę)2). Jei plūduriuojanti jėga yra didesnė už gravitaciją, objektas plūdės. Bet jei traukos jėga yra didesnė, ji nuskęs. Jei jie yra lygūs, objektas vadinamas „neutraliu“.
-
Pavyzdžiui, norime sužinoti, ar 20 kilogramų cilindrinė medinė statinė, kurios skersmuo yra 0,75 metro, o aukštis - 1,25 metro, plūdės ant vandens. Tam reikia kelių žingsnių:
- Jo tūrį galime rasti pagal formulę V = π (spindulys)2(aukštis). V = π (0, 375)2(1, 25) = 0, 55 metrai3.
- Po to, darant prielaidą, kad yra gravitacijos ir vandens tankio numatytosios vertės, galime nustatyti statinės plūduriuojančią jėgą. 0, 55 metrai3 × 1000 kilogramų/metras3 × 9, 81 niutonas/kilogramas = 5395, 5 niutonai.
- Dabar turime rasti statinės gravitacinę jėgą. G = (20 kg) (9,81 metro per sekundę)2) = 196, 2 Niutonai. Tai daug mažiau nei plūduriuojanti jėga, todėl statinė plūdės.
6. Naudokite tą pačią techniką, kai jūsų skystis yra dujos
Sprendžiant tipo problemas, nepamirškite, kad skystis neturi būti skystis. Dujos taip pat laikomos skystomis ir, nepaisant mažesnio tankio, palyginti su kitų rūšių medžiagomis, vis tiek gali išlaikyti kai kurių objektų svorį. Paprastas helio balionas yra to įrodymas. Kadangi baliono dujos yra mažiau tankios nei aplinkinis skystis, jis plaukioja!
2 metodas iš 2: paprasto plūdrumo eksperimento atlikimas
Žingsnis 1. Įdėkite nedidelį puodelį ar dubenį į didesnį indą
Turėdami keletą daiktų iš namų, nesunku pamatyti plūdrumo principus! Šiame paprastame eksperimente mes parodysime, kad panardintas objektas patiria trauką, nes išstumia skysčio tūrį, lygų panardinto objekto tūriui. Tai darydami taip pat parodome, kaip rasti eksperimento plūdrumo jėgą. Norėdami pradėti, įdėkite nedidelį indą, pvz., Dubenį ar puodelį, į didesnį indą, pvz., Didesnį dubenį ar kibirą.
Žingsnis 2. Užpildykite indą iš vidaus iki krašto
Tada užpildykite didesnį indą vandeniu. Norite, kad vandens lygis būtų iki krašto, neapvirstų. Būk atsargus! Jei išsiliejo vanduo, prieš bandydami dar kartą ištuštinkite didesnį indą.
- Šiam eksperimentui galima daryti prielaidą, kad vandens tankis yra numatytoji 1000 kg/metras3. Jei nenaudojate sūraus vandens ar kito skysčio, daugumos rūšių vandens tankis yra artimas pamatinei vertei.
- Jei turite lašintuvą, gali būti labai naudinga patikrinti vandens lygį vidiniame inde.
Žingsnis 3. Panardinkite nedidelį objektą
Dabar suraskite nedidelį daiktą, kuris telpa vidinio indo viduje ir nebus pažeistas vandens. Raskite šio objekto masę kilogramais (naudokite skalę). Tada, nesušlapindami pirštų, panardinkite objektą į vandenį, kol jis pradės plaukti arba nebegalėsite jo laikyti. Turėtumėte pastebėti, kad vanduo iš vidinio indo išsilieja į išorinį indą.
Pavyzdžiui, tarkime, kad į vidinį konteinerį dedame 0,05 kg masės žaislinį automobilį. Norėdami apskaičiuoti trauką, mums nereikia žinoti automobilio tūrio, kaip matysime toliau
Žingsnis 4. Surinkite ir išmatuokite išsiliejusį vandenį
Kai jūs panardinate objektą į vandenį, atsiranda vandens poslinkis; jei ne, jam nebūtų vietos patekti į vandenį. Kai jis stumia skystį, vanduo stumia atgal, sukeldamas plūdrumą. Paimkite išsiliejusį vandenį ir padėkite į matavimo puodelį. Vandens tūris turi būti lygus panardintam tūriui.
Kitaip tariant, jei jūsų objektas plūduriuoja, išsiliejusio vandens tūris bus lygus vandenyje panardinto objekto tūriui. Jei jūsų objektas nuskęsta, jo išsiliejusio vandens tūris yra lygus viso objekto tūriui
Žingsnis 5. Apskaičiuokite išsiliejusio vandens svorį
Kadangi žinote vandens tankį ir galite išmatuoti išsiliejusį tūrį, galite rasti masę. Tiesiog konvertuokite garsumą į metrus3 (toks internetinis konvertavimo įrankis gali būti naudingas) ir padauginkite jį iš vandens tankio (1000 kg/metras)3).
Mūsų pavyzdyje tarkime, kad mūsų krepšelis nuskendo ir išslydo apie du šaukštus (0, 00003 metrų)3). Norėdami rasti vandens masę, mes padauginame iš jo tankio:: 1000 kilogramų/metrų3 × 0,0003 metrai3 = 0,03 kg.
Žingsnis 6. Palyginkite poslinkio tūrį su objekto mase
Dabar, kai žinote panardintą masę ir išstumtą masę, palyginkite jas, kad pamatytumėte, kuri yra didesnė. Jei į vidinį indą panardinto objekto masė yra didesnė už išstumto vandens masę, jis turi būti nuskendęs. Bet jei išstumta vandens masė yra didesnė už tą, objektas turi būti plaukęs. Tai plūdrumo principas; kad objektas galėtų plaukti, jis turi išstumti didesnę už objektą vandens masę.
- Be to, labiausiai plaukioja objektai, kurių masė mažesnė, bet didesnės apimties. Ši savybė reiškia, kad tuščiaviduriai objektai plaukioja. Pagalvokite apie kanoją; jis plūduriuoja, nes yra tuščiaviduris, todėl gali išstumti daug vandens, nereikalaudamas didelės masės. Jei kanojos būtų tvirtos, jos gerai neplauktų.
- Mūsų pavyzdyje automobilio masė yra 0,05 kg, didesnė nei išstumto vandens, 0,03 kg. Tai patvirtina mūsų rezultatą: automobilis skęsta.