Kako izračunati plovnost (guranje čvrstoće)

Plovina je sila izbacivanja koja djeluje na tijelu uronjene u tekućinu (ili gas) i usmjerene suprotno. Opće slučajeve, guranje sile se može izračunati formulom: f_B = V_S × D × G, gdje f_B - Izvlačenje sile - V_S - Zapremina tijela tijela uronjeno u tekućinu - D je gustina tečnosti u koju je tijelo uronjeno - gravitacijsku silu.

Korake

Metoda 1 od 2:

Proračun po formuli

jedan. Pronađite jačinu tijela potopljene u tečnosti (potopljeni volumen). Gruba sila je izravno proporcionalna zapremine dijela tijela potopljen u tečnost. Drugim riječima, više je tijelo uronjeno, to više sile izbacivanja. To znači da čak i guranje sila djeluje na telama potonuća. Uronjeni volumen treba mjeriti u m.

U telima koja su u potpunosti uronjena u tečno, uronjeni volumen je jednak zapreminu tijela. U tijelima koja lebde u tečnosti, potopljeni zapremina jednak je zapreminu tijela, skrivenog ispod površine tečnosti.
Kao primjer, razmislite o kugli koja lebdi u vodi. Ako je promjer lopte 1 m, a površina vode dolazi do sredine lopte (to jest uronjena u vodu), tada je teret lopte jednak njegovoj jačini podijeljen s 2. Volumen lopte izračunava se formulom V = (4/3) π (radijus) = (4/3) π (0,5) = 0,524 m. Uronjena zapremina: 0.524 / 2 = 0.262 m.

Slika pod nazivom Izračunajte plovnost korak 2

2. Pronađite gustoću tekućine (u kg / m) u kojem je tijelo uronjeno. Gustoća je omjer tjelesne težine do volumena koju zauzima ovo tijelo. Ako dva tijela imaju isti obim, tjelesna masa veće gustoće bit će više. Po pravilu je veća gustina tečnosti u kojoj je telo uronjeno, veća je sila guranja. Gustoća tečnosti može se naći na Internetu ili u različitim referentnim knjigama.

U našem primjeru, lopta pliva u vodi. Gustina vode je približno jednaka 1000 kg / m.

Može se naći gustoća mnogih drugih tekućina ovdje.

Slika pod nazivom Izračunajte polovku korak 3

3. Pronađite snagu gravitacije (ili bilo koju drugu silu koja djeluje na tijelu vertikalno dolje). Nije važno da li tijelo ili sudope pliva, jačina gravitacije uvijek djeluje na njemu. U prirodnim uvjetima, sila gravitacije (ili bolje snage gravitacije koje djeluju na tijelu težine 1 kg) otprilike je jednako 9,81 n / kg. Međutim, ako postoje i druge snage na tijelu, na primjer, centrifugalna sila, takve sile moraju se uzeti u obzir i izračunati rezultirajuću silu usmjerenu vertikalno dolje.

U našem primjeru bavimo se uobičajenim stacionarnim sustavom, tako da je samo snaga gravitacije važila za loptu, jednak 9,81 N / kg.

Međutim, ako kuglica pliva u vozilu za vodu, koji se okreće oko određene tačke, tada će se centrifugalna sila djelovati na kuglu, što ne dopušta da lopta i voda zaprst i koji se moraju uzeti u obzir u proračunima.

Slika pod nazivom Izračunajte plutaču korak 4

4. Ako imate vrijednosti uronjenog volumena tijela (u m), gustoće tečnosti (u kg / m) i silu gravitacije (ili bilo koja druga sila usmjerena okomito), tada možete izračunati silu izbacivanja. Da biste to učinili, jednostavno pomnožite gornje vrijednosti i pronaći ćete silu izbacivanja (u H).

U našem primjeru: f_B = V_S × d × g. F_B = 0,262 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 2570.

Slika pod nazivom Izračunajte plovnost Korak 5

pet. Saznajte da li će telo plivati ili potonuti. Prema gore navedenoj formuli, možete izračunati silu izbacivanja. Ali popunjavanjem dodatnih proračuna možete utvrditi da li će tijelo plivati ili potopiti. Da biste to učinili, nađite silu za cijelo tijelo (to je u proračunima, upotrijebite cijelu zapreminu tijela, a ne uronjenu zapreminu), a zatim pronađite silu gravitacije u skladu s formulom G = (tjelesna težina) * ( 9,81 m / s). Ako je guranje sile više gravitacije, tijelo će plutati - ako je jačina gravitacije više guranje snage, tijelo će biti potonulo. Ako su sile jednake, tijelo ima "neutralnu plovnost".

Na primjer, razmislite o 20 kilograma (cilindrični oblik) promjera 0,75 m i visine 1,25 m, uronjene u vodu.

Pronađite jačinu dnevnika (u našem primjeru, jačinu cilindra) prema formuli V = π (radijus) (visina) = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.

Dalje, izračunajte silu guranja: f_B = 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 5395,5.

Sada pronađite gravitaciju: g = (20 kg) (9,81 m / s) = 196.2. Ova vrijednost je mnogo manja od vrijednosti gurbene sile, tako da će dnevnik plivati.

Slika pod nazivom Izračun popločan korak 6

6. Koristite gore opisane proračune za tijelo uronjeno u plin. Zapamtite da tijela mogu plivati ne samo u tekućinama, već i u gasovima koji mogu dobro gurati neka tijela, uprkos vrlo malom gustoću plina (zapamtite na kuglu, ispunjena helijskom gustoćom helija manje gustoće zraka, tako da balon s helijskom mušću ( pluta) u zraku).

Metoda 2 od 2:

Eksperiment

jedan. Stavite malu šolju u kantu. U ovom jednostavnom eksperimentu pokazujemo da se guranje sila djeluje na tijelu, jer tijelo izbacuje jačinu tečnosti jednaka podvedenom volumenu tijela. Takođe ćemo pokazati kako pronaći guranje sile sa eksperimentom. Za početak, stavite malu čašu u kantu (ili u loncu).

Slika pod nazivom Izračunajte plutaču korak 8

2. Napunite čašu vodom (na ivice). Budi pazljiv! Ako je voda iz Kupe rezultirala kantom, sipaju vodu i počnemo.

Za eksperiment, pretpostavite da je gustoća vode 1000 kg / m (samo ako ne koristite slanu vodu ili drugu tečnost).

Koristite pipete da napunite čašu na ivice.

Slika pod nazivom Izračun popločan korak 9

3. Uzmite mali predmet koji se uklapa u čašu i neće biti oštećen vodom. Pronađite puno ovog tijela (u kilogramima - za ovu težite tijelo na vagama i pretvorite vrijednost u gram po kilogramu). Zatim polako spustite predmet u čašu vodom (to jeste, uronite telo u vodu, ali ne uranjajte prste). Vidjet ćete da je neka voda rezultirala iz šalice u kanti.

U ovom eksperimentu ćemo spustiti u šolji s vodom za igranje vaganje 0,05 kg. Jačinu ovog automobila ne trebamo izračunati silu izbacivanja.

Slika pod nazivom Izračunajte plutaču korak 10

4. Prilikom uranjanja tijela u vodu, gura malo zapremine vode (u protivnom se tijelo ne bi spuštalo u vodu). Kad tijelo pogura vodu (to jest telo djeluje na vodi), guranje sile počinje tijelu (to jest, vodna djela na tijelu). Sipajte vodu iz kante na mjernu čašu. Zapremina vode u mjernom kupu treba biti jednak zapreminu uronjenog tijela.

Drugim riječima, ako tijelo lebdi, jačinu raseljenih tekućina jednaka je uronjenom volumenu tijela. Ako se tijelo utopilo, jačinu raseljenih tečnosti jednaka je jačini cijelog tijela.

Slika pod nazivom Izračunajte plovnost korak 11

pet. Izračunajte masu raseljene vode prema poznatim vrijednostima volumena ove gustoće vode i vode. Vrijednost jačine vode prikazane mjernim staklom, pretvaranje u m (to možete učiniti ovdje), a zatim pomnožite jačinu raseljene vode na gustoću vode (1000 kg / m).

U našem primjeru, igračka se utapala, koji je puzila oko dvije kašike vode (0,00003 m). Izračunavamo masu raseljenih voda: 1000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 kg.

Slika pod nazivom Izračun popločano korak 12

6. Uporedite masu raseljenih voda masom uronjenog tijela. Ako je masa uronjenog tijela veća od mase raseljene vode, tada će se tijelo utopiti. Ako je masa izvanredne vode više tjelesne težine, lebdi. Stoga, kako bi tijelo plivala, to bi trebalo izložiti količinu vode masom preko samog tijela.

Dakle, tijela koja imaju malu masu, ali veliku količinu, posjeduju najbolju plovnost. Ova dva parametara su karakteristična za šuplje tijela. Sjećate se čamca - ima odličnu plovnost, jer je šuplja i premješta puno vode malom masom samog broda. Ako brod nije bio šuplji, ne bi plivala uopće (i tone).

U našem primjeru masa automobila (0,05 kg) veća je od mase raseljenih voda (0,03 kg). Pa auto i utopio se.