Jak vypočítat vztlak (síla tlačení)

Vztlak je vysunutá síla působící na tělo ponořené do kapaliny (nebo plynu), a řízeno opačně. V obecných případech lze tlačnou sílu vypočítat vzorec: F_B = V_S × d × g, kde f_B - Tahání síly - V_S - Objem těla těla ponořeného v kapalině - D je hustota kapaliny, do které je tělo ponořeno - gravitační síla.

Kroky

Metoda 1 z 2:

Výpočet podle vzorce

jeden. Najděte objem těla ponořeného v kapalině (ponořený objem). Tlačí síla je přímo úměrná objemu části těla ponořené do kapaliny. Jinými slovy, tím více je tělo ponořeno, čím více vyhozuje. To znamená, že i tlačící síla působí na potopení. Ponořený objem by měl být měřen v m.

V tělech, které jsou plně ponořeny do kapaliny, ponořený objem se rovná objemu těla. V tělech plovoucí v kapalině se ponořený objem rovná objemu těla, skrytého pod povrchem kapaliny.
Jako příklad zvažte míč plovoucí ve vodě. Pokud je průměr koule 1 m, a povrch vody přichází do středu míče (to znamená, že je ponořen do vody poloviny), pak je břemeno míče rovna svému objemu děleno 2. Objem kuličky se vypočítá vzorec V = (4/3) π (poloměr) = (4/3) π (0,5) = 0,524 m. Ponořený objem: 0,524 / 2 = 0,262 m.

Obrázek s názvem Vypočítat vztlak krok 2

2. Najděte hustotu tekutiny (v kg / m), ve které je tělo ponořeno. Hustota je poměr tělesné hmotnosti objemu obsazeného tímto tělem. Pokud mají dvě tělesa stejný objem, tělesná hmota s větší hustotou bude více. Zpravidla čím větší je hustota kapaliny, ve které je tělo ponořeno, tím větší je tlačící síla. Hustota kapaliny naleznete na internetu nebo v různých referenčních knihách.

V našem příkladu míč plave ve vodě. Hustota vody je přibližně rovna 1000 kg / m.

Hustota mnoha jiných kapalin lze nalézt tady.

Obrázek s názvem Vypočítat vztlak krok 3

3. Najít sílu gravitace (nebo jiná síla působící na tělo svisle dolů). Nezáleží na tom, zda tělo nebo klesání plave, síla gravitace na to vždy funguje. V přirozených podmínkách je hmotnost gravitace (nebo spíše pevnost gravitace působící na tělo o hmotnosti 1 kg) přibližně 9,81 n / kg. Pokud však existují i jiné síly na těle, například odstředivá síla, musí být tyto síly zohledněny a vypočítat výslednou sílu směřující svisle dolů.

V našem příkladu se zabýváme obvyklým stacionárním systémem, takže pouze pevnost gravitace je platná pro míč, rovnou 9.81 N / kg.

Nicméně, pokud míč plave ve vodní nádobě, která se otáčí kolem určitého bodu, pak bude na míči jednat odstředivá síla, která neumožňuje míč a vodu stříkací a které musí být zohledněny v výpočtech.

Obrázek s názvem Vypočítat vztlak krok 4

4. Pokud máte hodnoty ponořeného objemu tělesa (v m), hustotu kapaliny (v kg / m) a hmotnosti gravitace (nebo jakékoli jiné síla směřující svisle dolů), pak můžete vypočítat vysunutou sílu. Chcete-li to provést, jednoduše vynásobte výše uvedené hodnoty a najdete síly vysunutí (v H).

V našem příkladu: F_B = V_S × D × g. F_B = 0,262 m × 1000 kg / m × 9.81 n / kg = 2570.

Obrázek s názvem Vypočítat vztlak krok 5

Pět. Zjistěte si, zda tělo bude plavat nebo dřez. Podle výše uvedeného vzorce můžete vypočítat síly vysunutí. Ale dokončením dalších výpočtů můžete určit, zda tělo bude plavat nebo dřez. Chcete-li to provést, najít tlačící sílu pro celé tělo (to je v výpočtech, používat celý objem tělesného tělesa, a není ponořen objem), a pak najít gravitaci síly podle vzorce g = (tělesná hmotnost) * ( 9.81 m / s). Pokud je tlačí síla větší gravitativní, tělo bude plavat - Pokud je pevnost gravitace více tlačí pevnost, tělo se potopí. Pokud jsou síly stejné, pak tělo má "neutrální vztlak".

Zvažte například 20 kg protokolu (válcová forma) o průměru 0,75 m a výšky 1,25 m, ponořené do vody.

Vyhledejte objem protokolu (v našem příkladu, objem válce) podle vzorce v = π (poloměr) (výška) = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.

Dále vypočte tlačnou sílu: F_B = 0,55 m × 1000 kg / m × 9.81 n / kg = 5395,5.

Najděte gravitaci: g = (20 kg) (9,81 m / s) = 196.2. Tato hodnota je mnohem menší než hodnota tlačící síly, takže log bude plavat.

Obrázek s názvem Vypočítat vztlak krok 6

6. Použijte výše popsané výpočty pro tělo ponořené do plynu. Nezapomeňte, že těla mohou plavat nejen v kapalinách, ale také v plynech, které mohou dobře tlačit některé tělo, navzdory velmi malé hustotě plynu (pamatujte na míč, naplněné hustou hustotou helium hustotou menší hustotou vzduchu, takže balón s heliem mouchy (hélium mouchy (hélium), takže balón s heliem mouchy (balón s heliem mouchy; plováky) ve vzduchu).

Metoda 2 z 2:

Staging Experiment

jeden. Umístěte malý šálek v kbelíku. V tomto jednoduchém experimentu ukazujeme, že tlačící síla působí na tělo, protože tělo vysune objem kapaliny rovnou ponořeném objemu tělesa. Také budeme prokázat, jak najít tlačící sílu s experimentem. Chcete-li začít, umístěte malý šálek v kbelíku (nebo pánev).

Obrázek s názvem Vypočítat vztlak krok 8

2. Naplňte šálek s vodou (na okraje). buď opatrný! Pokud voda z pohárku vyústila v kbelík, nalijte vodu a začít znovu.

Pro experiment předpokládejme, že hustota vody je 1000 kg / m (pouze pokud nepoužíváte slanou vodu nebo jinou kapalinu).

Pomocí pipety vyplňte šálek do okrajů.

Obrázek s názvem Vypočítat vztlak krok 9

3. Vezměte malý předmět, který se hodí do poháru a nebude poškozen vodou. Najděte spoustu tohoto těla (v kilogramech - pro to váží tělo na stupnicích a převést hodnotu v gramech na kilogram). Pak pomalu spusťte objekt do šálku s vodou (to je, ponořte tělo do vody, ale neponořujte prsty). Uvidíte, že voda vyústila z poháru v kbelíku.

V tomto experimentu budeme snížit v šálku s vodou autíčko o hmotnosti 0,05 kg. Objem tohoto vozu, který nemusíme vypočítat síly vysunutí.

Obrázek s názvem Vypočítat vztlak krok 10

4. Při ponoření těla do vody, tlačí nějaký objem vody (jinak by tělo se nespadlo do vody). Když tělo tlačí vodu (to znamená, že tělo působí na vodu), zatlačovací síla začíná tělu (to je voda působí na těle). Nalijte vodu z kbelíku na měřicí šálek. Objem vody v měřicím pohárku by měl být roven objemu ponořeného těla.

Jinými slovy, pokud se tělo plave, objem vysídlené tekutiny se rovná objemu těla. Pokud se tělo utopilo, objem vysídlené kapaliny se rovná objemu celého těla.

Obrázek s názvem Vypočítat vztlak krok 11

Pět. Vypočtěte hmotnost vysídlené vody podle známých hodnot objemu této vody a hustoty vody. Hodnota objemu vody zobrazené měřicím sklem, převést na m (můžete to udělat tady), a pak násobit objem vysídlené vody na hustotu vody (1000 kg / m).

V našem příkladu se auta utopilo, má pusení o dvě lžíce vody (0.00003 m). Vypočítáme hmotnost vysídlené vody: 1000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 kg.

Obrázek s názvem Vypočítat vztlak krok 12

6. Porovnat hmotnost vysídlené vody s hmotností ponořeného těla. Pokud je hmotnost ponořeného tělesa větší než hmotnost vysídlené vody, pak se tělo utopí. Pokud je hmotnost vynikající vody více tělesné hmotnosti, pluje se. Proto, aby tělo plavat, by mělo vykazovat množství vody s hmotností přesahující tělo samotné.

Tělo, které mají malou hmotnost, ale velký objem, mají nejlepší vztlak. Tyto dva parametry jsou charakteristické pro duté těleso. Vzpomeňte si na loď - má výborný vztlak, protože je to duté a vytěsňuje spoustu vody s malou hmotností samotné lodi. Pokud loď nebyla dutinou, nebude plavat vůbec (a tón).

V našem příkladu je hmotnost auta (0,05 kg) větší než hmotnost vysídlené vody (0,03 kg). Tak auto a utopeno.