Kaip apskaičiuoti trauka: 12 žingsnių (su nuotraukomis) - Patarimai

Turinys

Žingsniai
Patarimai
Būtinos medžiagos

Trauka yra jėga, veikianti priešinga sunkio krypčiai ir veikianti visus skysčio panardintus objektus. Kai daiktas dedamas į skystį, jo svoris stumia skystį (skystį ar dujas), o plūduriuojanti jėga pastumia daiktą aukštyn, veikdama prieš gravitaciją. Apskritai šią jėgą galima apskaičiuoti naudojant lygtį F_B = V_s × D × g, kur F_B yra plūduriuojanti jėga, V_s yra panardintas tūris, D yra skysčio, kuriame panardinamas daiktas, tankis, o g yra gravitacijos jėga. Norėdami sužinoti, kaip nustatyti objekto trauka, pradėkite 1 žingsnyje.

Žingsniai

1 iš 2 metodas: Naudojama plūdrumo jėgos lygtis

Raskite garsumą panardintos objekto dalies. Objektą veikianti plūdrioji jėga yra tiesiogiai proporcinga panardinto objekto tūriui. Kitaip tariant, kuo tvirtesnis objektas, tuo didesnė jį veikianti plūduriuojanti jėga. Tai reiškia, kad net daiktai, kurie nusėda skysčiu, turi jėgą, stumiančią juos į viršų. Norėdami pradėti apskaičiuoti šį intensyvumą, pirmiausia turite nustatyti panardinto objekto tūrį. Lygčiai ši vertė turi būti išreikšta metrais.
- Objektams, visiškai panardintiems skysčio, panardintas tūris yra toks pat kaip objekto. Tiems, kurie plūduriuoja skysčio paviršiuje, atsižvelgiama tik į žemiau paviršiaus esantį tūrį.
- Tarkime, kad norime surasti plūduriuojančią jėgą, veikiančią vandenyje plūduriuojantį guminį rutulį. Jei rutulys yra tobula sfera, kurios skersmuo yra vienas metras, ir vandenyje plūduriuoja per pusę, panardintos dalies tūrį galime rasti, surasdami bendrą rutulio tūrį ir padalindami iš dviejų. Kadangi rutulio tūris yra nurodytas (4/3) π (spindulys), žinoma, kad rezultatas bus (4/3) π (0,5) = 0,524 metro. 0,524 / 2 = 0,262 metro panardintas.
Raskite skysčio tankį. Kitas žingsnis ieškant plūduriuojančios jėgos yra nustatyti tankį (kilogramais / metru), kurį objektas panardina. Tankis yra daikto arba santykinio medžiagos svorio pagal tūrį matas. Atsižvelgiant į du vienodo tūrio objektus, labiausiai sveria tas, kurio tankis yra didžiausias. Paprastai kuo didesnis skysčio tankis, tuo didesnę plūduriavimo jėgą jis daro. Naudojant skysčius, paprastai lengviau nustatyti tankį, pamačius etalonines medžiagas.
- Mūsų pavyzdyje rutulys plūduriuoja vandenyje. Pasikonsultavę su akademine jėga, galime pastebėti, kad vandens tankis yra maždaug 1000 kilogramų / metras.
- Kitų įprastų skysčių tankiai yra išvardyti inžineriniuose šaltiniuose. Tokį sąrašą galite rasti čia.
Raskite gravitacijos jėgą (arba kitą jėgą žemyn). Nesvarbu, ar objektas plūduriuoja, ar jis yra visiškai panardintas, jam visada taikoma gravitacijos jėga. Realiame pasaulyje ši nuolatinė jėga yra lygi 9,81 niutonas / kg. Tačiau tais atvejais, kai kita jėga, tokia kaip centrifuga, veikia skystį ir panardintą daiktą, taip pat reikia atsižvelgti į tai, kad būtų galima nustatyti bendrą jėgą žemyn.
- Mūsų pavyzdyje, jei kalbame apie įprastą ir nejudančią sistemą, galime manyti, kad vienintelė žemyn veikianti jėga yra aukščiau paminėta gravitacijos jėga.
- Tačiau ką daryti, jei mūsų kamuolys plūduriavo vandens kibire ir dideliu greičiu sukosi horizontaliu apskritimu? Tokiu atveju, darant prielaidą, kad kaušas sukasi pakankamai greitai, kad būtų užtikrinta, jog tiek vanduo, tiek rutulys nenukristų, žemyn nukreipta jėga šioje situacijoje atsirastų išcentrinės jėgos, kurią sukuria kaušo judėjimas, o ne žemės sunkio jėgos.
Padauginkite tūrį × tankį × sunkumą. Kai turite objekto tūrio (metrais), skysčio tankio (svarais / metrais) ir sunkio jėgos (arba jūsų sistemos jėgos žemyn) vertes, lengvai surandate plūduriuojančią jėgą. Paprasčiausiai padauginkite šiuos tris kiekius, kad rastumėte jėgą niutonais.
- Išspręskime savo pavyzdį, pakeisdami savo reikšmes lygtyje F_B = V_s × D × g. F_B = 0,262 metrai × 1000 kilogramų / metras × 9,81 niutonas / kilogramas 2570 niutonai.
Palyginkite su gravitacijos jėga, jei jūsų objektas plūduriuoja. Naudojant plūdrumo jėgos lygtį, lengva rasti jėgą, kuri pastumia daiktą iš skysčio, kuriame jis yra panardinamas. Tačiau atlikdami šiek tiek daugiau darbo, taip pat galite nustatyti, ar objektas plūduriuos, ar nuskendo. Tiesiog suraskite objekto plūduriuojančią jėgą (kitaip tariant, naudokite visą jo tūrį kaip V)_s), tada raskite gravitacijos jėgą lygtimi G = (objekto masė) (9,81 metro per sekundę). Jei plūduriuojanti jėga yra didesnė nei sunkio jėga, objektas plūduriuoja. Bet jei gravitacijos jėga bus didesnė, ji nuskęs. Jei jie yra vienodi, sakoma, kad objektas yra „neutralus“.
- Pvz., Tarkime, kad norime sužinoti, ar 20 kilogramų cilindrinė medinė statinė, kurios skersmuo 0,75 metro, o aukštis 1,25 metro, plauks vandenyje. Tam reikia kelių žingsnių:
  - Jo tūrį galime rasti formule V = π (spindulys) (aukštis). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 metro.
  - Po to, darant prielaidas numatytąsias gravitacijos ir vandens tankio vertes, mes galime nustatyti kėlimo jėgą barelyje. 0,55 metro × 1000 kilogramų / metras × 9,81 niutonas / kilogramas = 5395.5 Niutonas.
  - Dabar turime rasti sunkio jėgą statinėje. G = (20 kg) (9,81 metro per sekundę) = 196,2 Niutonas. Tai yra daug mažiau nei plūduriuojanti jėga, todėl statinė plūduriuos.
Naudokite tą pačią techniką, kai jūsų skystis yra dujos. Spręsdami ripo problemas, atsiminkite, kad skystis neturi būti skystis. Dujos taip pat laikomos skystomis ir, nepaisant mažesnio tankio, palyginti su kitų rūšių medžiagomis, jos vis tiek gali išlaikyti kai kurių objektų svorį. Paprastas helio balionas yra to įrodymas. Kadangi baliono dujos yra mažiau tankios nei aplinkinių skysčių, jos plūduriuoja!

2 iš 2 būdas: Paprasto traukos eksperimento atlikimas

Įdėkite nedidelį puodelį ar dubenį į didesnį indą. Turint kai kuriuos namų apyvokos daiktus, nesunku įžvelgti plūdrumo principus! Šiuo paprastu eksperimentu parodysime, kad panardintas objektas patiria plūdrumą, nes jis išstumia skysčio tūrį, lygų panardinto objekto tūriui. Tai darydami, mes taip pat pademonstruojame, kaip surasti eksperimento jėgas. Norėdami pradėti, įdėkite mažą indą, pavyzdžiui, dubenį ar puodelį, į didesnį indą, pavyzdžiui, didesnį dubenį ar kibirą.
Užpildykite konteinerį iš vidaus iki krašto. Tada užpildykite didesnį indą vandeniu. Norite, kad vandens lygis būtų per kraštą, nevirstant. Būk atsargus! Jei išsiliejo vanduo, prieš bandydami dar kartą, ištuštinkite didesnį indą.
- Atliekant šį eksperimentą galima drąsiai manyti, kad vandens tankis yra standartinė - 1000 kilogramų / metro. Jei nenaudojate sūraus vandens ar kitokio skysčio, daugumos rūšių vandens tankis yra artimas etaloniniam.
- Jei turite lašintuvą, gali būti labai naudinga patikrinti vandens lygį vidiniame inde.
Panardinkite nedidelį daiktą. Dabar suraskite nedidelį daiktą, kuris tilptų į vidinį indą ir kurio nepakenktų vanduo. Raskite šio objekto masę kilogramais (tam naudokite skalę). Tuomet, nesušlapindami pirštų, panardinkite daiktą į vandenį, kol jis pradės plaukti ar nebegalėsite jo laikyti. Turėtumėte pastebėti, kad vanduo iš vidinio indo išsilieja į išorinį indą.
- Savo pavyzdžiu tarkime, kad į vidinį konteinerį dedame žaislų krepšį, kurio masė yra 0,05 kg. Norėdami apskaičiuoti trauką, mums nereikia žinoti automobilio tūrio, kaip pamatysime toliau.
Surinkite ir išmatuokite išsiliejusį vandenį. Kai panardinate daiktą į vandenį, atsiranda vandens poslinkis; jei to nepadarė, jam nebus kur patekti į vandenį. Kai jis stumia skystį, vanduo stumia atgal, sukeldamas trauką. Paimkite išsiliejusį vandenį ir supilkite į matavimo taurę. Vandens tūris turi būti toks pat kaip povandeninio tūrio.
- Kitaip tariant, jei jūsų objektas plūduriuoja, išsiliejusio vandens tūris bus lygus vandens panardinto objekto tūriui. Jei jūsų objektas nuskendo, jo išsiliejusio vandens tūris yra lygus viso objekto tūriui.
Apskaičiuokite išsiliejusio vandens masę. Kadangi žinote vandens tankį ir galite išmatuoti išsiliejusį tūrį, galite rasti masę. Tiesiog perskaičiuokite tūrį į metrus (internetinis konvertavimo įrankis, toks kaip šis, gali būti naudingas) ir padauginkite iš vandens tankio (1000 kilogramų / metru).
- Savo pavyzdyje tarkime, kad mūsų krepšelis nuskendo ir pajudėjo maždaug dviem šaukštais (0,00003 metro).Norėdami rasti vandens masę, ją padauginame iš tankio: 1000 kilogramų / metrai × 0,00003 metrai = 0,03 kilogramo.
Palyginkite perkeltą tūrį su objekto mase. Dabar, kai žinote panardintą ir perkeltą masę, palyginkite jas, kad pamatytumėte, kuri yra didesnė. Jei panardinto daikto masė vidiniame inde yra didesnė už išstumtos vandens masę, jis turi būti nuskendęs. Bet jei išstumta vandens masė yra didesnė nei, objektas turi būti plūduruotas. Tai plūdrumo principas; kad objektas plūduriuotų, jis turi išstumti didesnę vandens masę nei objektas.
- Vis dėlto daugiausiai plūduriuoja mažesnės masės, bet didesnio tūrio objektai. Ši savybė reiškia, kad tuščiaviduriai objektai plūduriuoja. Pagalvokite apie kanoją; jis plūduriuoja, nes yra tuščiaviduris, todėl gali judėti daug vandens, neturėdamas didelės masės. Jei kanojos būtų tvirtos, jos gerai neplukdytų.
- Mūsų pavyzdyje automobilio masė yra 0,05 kg, didesnė už perkeltą vandenį, 0,03 kg. Tai patvirtina mūsų rezultatą: automobilis nuskendo.