Ako vypočítať ťah: 12 krokov (s obrázkami) - Tipy

Obsah

kroky
Tipy
Potrebné materiály

Ťah je sila pôsobiaca v opačnom smere ako je smer gravitácie, ktorý ovplyvňuje všetky objekty ponorené v tekutine. Keď je predmet vložený do tekutiny, jeho hmotnosť tlačí tekutinu (tekutinu alebo plyn), zatiaľ čo vztlaková sila tlačí predmet nahor, pôsobiacu proti gravitácii. Vo všeobecnosti možno túto silu vypočítať pomocou rovnice F_B = V_s × D × g, kde F_B je vztlaková sila, V_s je ponorený objem, D je hustota tekutiny, v ktorej je predmet ponorený, a g je gravitačná sila. Ak sa chcete dozvedieť, ako určiť ťah objektu, začnite krokom 1.

kroky

Metóda 1 z 2: Použitie rovnice vztlakovej sily

Vyhľadajte hlasitosť ponorenej časti objektu. Vztlaková sila pôsobiaca na objekt je priamo úmerná objemu objektu, ktorý je ponorený. Inými slovami, čím je objekt pevnejší, tým väčšia vztlaková sila naň pôsobí. To znamená, že dokonca aj predmety, ktoré sa ponoria do kvapaliny, ich sila tlačí nahor. Ak chcete začať s výpočtom tejto intenzity, prvým krokom je určenie objemu objektu, ktorý je ponorený. Pre túto rovnicu musí byť táto hodnota v metroch.
- Pre objekty, ktoré sú úplne ponorené v tekutine, je ponorený objem rovnaký ako predmet. Pre tých, ktorí plávajú na povrchu tekutiny, sa berie do úvahy iba objem pod hladinou.
- Povedzme napríklad, že chceme nájsť vztlakovú silu pôsobiacu na gumovú guľu plávajúcu vo vode. Ak je guľa dokonalá guľa s priemerom jeden meter a pláva v polovici vo vode, môžeme nájsť objem ponorenej časti zistením celkového objemu gule a vydelením dvoma. Pretože objem gule je daný (4/3) π (polomer), je známe, že budeme mať výsledok (4/3) π (0,5) = 0,524 metrov. 0,524/2 = Ponorené 0,262 metra.
Nájdite hustotu tekutiny. Ďalším krokom v procese zisťovania vztlakovej sily je definovanie hustoty (v kilogramoch / meter), ktorej je predmet ponorený. Hustota je miera predmetu alebo relatívnej hmotnosti látky podľa objemu. Pri dvoch objektoch s rovnakým objemom váži najviac ten s najvyššou hustotou. Spravidla platí, že čím väčšia je hustota kvapaliny, tým väčšia vztlaková sila pôsobí. Pri tekutinách je spravidla ľahšie určiť hustotu pri pohľade na referenčné materiály.
- V našom príklade sa lopta vznáša vo vode. Ak sa pozrieme na akademickú silu, zistíme, že hustota vody je asi 1 000 kg / meter.
- Hustoty ostatných bežných tekutín sú uvedené v technických zdrojoch. Takýto zoznam nájdete tu.
Nájdite gravitačnú silu (alebo inú silu smerujúcu nadol). Či už je objekt plávajúci alebo úplne ponorený, je vždy vystavený gravitačnej sile. V skutočnom svete je táto konštantná sila rovnaká 9,81 Newtonov / kg, Avšak v situáciách, keď iná sila, ako je odstredivka, pôsobí na tekutinu a ponorený predmet, musí sa tiež brať do úvahy, aby sa stanovila celková sila smerom nadol.
- V našom príklade, ak ide o bežný a stacionárny systém, môžeme predpokladať, že jedinou silou pôsobiacou dole je gravitačná sila uvedená vyššie.
- Čo keby však naša loptička plávala v vedre s vodou a otáčala sa veľkou rýchlosťou v horizontálnom kruhu? V tomto prípade, za predpokladu, že vedro sa točí dostatočne rýchlo, aby sa zaistilo, že voda aj guľa neklesnú, sila pôsobiaca nadol by sa v tejto situácii odvodila od odstredivej sily vyvolanej pohybom vedra, nie gravitáciou Zeme.
Vynásobte objem × hustotu × gravitáciu. Ak máte hodnoty pre objem vášho objektu (v metroch), hustotu tekutiny (v librách / meter) a gravitačnú silu (alebo silu vášho systému smerom nadol), nájdenie vztlakovej sily je ľahké. Jednoducho vynásobte tieto tri množstvá, aby ste našli silu v newtonoch.
- Vyriešime náš príklad nahradením našich hodnôt v rovnici F_B = V_s × D × g. F_B = 0,262 metrov × 1 000 kilogramov / meter × 9,81 newtonov / kilogram = 2570 Newtonov.
Zistite, či váš objekt pláva porovnaním s gravitačnou silou. Pomocou rovnice vztlakovej sily je ľahké nájsť silu, ktorá tlačí predmet z tekutiny, v ktorej je ponorená. S trochou práce však môžete tiež určiť, či sa bude objekt vznášať alebo klesať. Jednoducho nájdite vztlakovú silu pre objekt (inými slovami, použite celý objem ako V_s), potom nájdite gravitačnú silu s rovnicou G = (hmotnosť objektu) (9,81 m / s). Ak je vztlaková sila väčšia ako sila gravitácie, predmet sa vznáša. Ak je však gravitačná sila väčšia, klesne. Ak sú rovnaké, objekt sa považuje za „neutrálny“.
- Napríklad povedzme, že chceme vedieť, či sa vo vode vznáša valcový drevený sud s priemerom 0,75 metra a výškou 1,25 metra s hmotnosťou 20 kilogramov. Vyžaduje si to niekoľko krokov:
  - Jeho objem môžeme nájsť pomocou vzorca V = π (polomer) (výška). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 metrov.
  - Potom, za predpokladu predvolených hodnôt pre gravitáciu a hustotu vody, môžeme určiť vztlakovú silu v hlavne. 0,55 metrov × 1 000 kilogramov / meter × 9,81 newtonov / kilogram = 5395,5 Newtonov.
  - Teraz musíme nájsť gravitačnú silu vo valci. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196,2 Newtonov, Je to oveľa menej ako vztlaková sila, takže hlaveň vznáša.
Rovnakú techniku používajte, keď je tekutinou plyn. Pri riešení problémov s ripom nezabudnite, že tekutina nemusí byť kvapalina. Plyny sa tiež považujú za kvapalné a napriek tomu, že majú nižšiu hustotu v porovnaní s inými druhmi materiálov, stále dokážu uniesť hmotnosť niektorých objektov. Dôkazom toho je héliónový balón. Pretože plyn v balóne je menej hustý ako okolitá tekutina, vznáša sa!

Metóda 2 z 2: Vykonanie jednoduchého ťahového experimentu

Vložte malú šálku alebo misku do väčšej nádoby. S niektorými domácimi predmetmi je ľahké vidieť princípy vztlaku v akcii! V tomto jednoduchom experimente ukážeme, že ponorený objekt má vztlak, pretože vytlačuje objem tekutiny rovnajúci sa objemu ponoreného objektu. Pritom demonštrujeme aj to, ako nájsť vzrastajúcu silu experimentu. Ak chcete začať, vložte malú nádobu, napríklad misku alebo šálku, do väčšej nádoby, napríklad väčšej misky alebo vedra.
Naplňte zásobník zvnútra až po okraj. Potom naplňte väčšiu nádobu vodou. Chcete, aby hladina vody bola nad hranou, bez prevrátenia. Buď opatrný! Ak vylejete vodu, pred ďalším pokusom vyprázdnite väčšiu nádobu.
- Pre tento experiment je bezpečné predpokladať, že voda má hustotu vody, ktorá má štandardnú hodnotu 1 000 kilogramov / meter. Pokiaľ nepoužívate slanú vodu alebo inú tekutinu, väčšina druhov vody má hustotu blízku referenčnej hodnote.
- Ak máte kvapkadlo, môže byť veľmi užitočné skontrolovať hladinu vody vo vnútornej nádobe.
Ponorte malý predmet. Teraz nájdite malý predmet, ktorý sa vojde do vnútornej nádoby a nebude poškodený vodou. Nájdite hmotnosť tohto objektu v kilogramoch (použite stupnicu). Potom, bez toho aby ste si namočili prsty, ponorte predmet do vody, až kým nezačne vznášať alebo ho už nebudete môcť držať. Mali by ste si všimnúť, že z vnútornej nádoby vyteká voda do vonkajšej nádoby.
- Na účely nášho príkladu povedzme, že do vnútorného kontajnera vkladáme hračkársky vozík s hmotnosťou 0,05 kg. Ako uvidíme ďalej, nemusíme poznať objem automobilu na výpočet ťahu.
Zozbierajte a odmerajte vyliatu vodu. Keď ponoríte predmet do vody, dôjde k vytlačeniu vody; ak by sa tak nestalo, nemal by pre neho miesto na vstup do vody. Keď tlačí tekutinu, voda tlačí späť a spôsobuje ťah. Vezmite vodu, ktorú ste rozliali, a vložte ju do odmerky. Objem vody sa musí rovnať objemu ponoreného objemu.
- Inými slovami, ak váš objekt pláva, objem rozliatej vody sa bude rovnať objemu predmetu ponoreného do vody. Ak sa váš objekt potápa, objem vody, ktorú vysype, sa rovná objemu celého objektu.
Vypočítajte hmotnosť rozliatej vody. Pretože viete hustotu vody a môžete zmerať objem, ktorý bol vyliaty, nájdete hmotnosť. Jednoducho skonvertujte objem na metre (užitočný je tento online prevodný nástroj) a vynásobte ho hustotou vody (1 000 kilogramov / meter).
- V našom príklade povedzme, že náš košík klesol a pohyboval sa okolo dvoch polievkových lyžíc (0,00003 m).Aby sme našli hmotnosť vody, vynásobíme ju hustotou :: 1000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 kg.
Porovnajte posunutý objem s hmotnosťou objektu. Teraz, keď poznáte ponorenú hmotu a vysídlenú hmotu, porovnajte ich, aby ste videli, ktorá je väčšia. Ak je hmotnosť ponoreného predmetu vo vnútornej nádobe väčšia ako vytlačená voda, musí sa zapustiť. Ak je však vytesnená voda väčšia ako, musí sa objekt vznášať. Toto je princíp vztlaku; na to, aby sa predmet vznášal, musí vytlačiť väčšie množstvo vody, ako je hmotnosť predmetu.
- Stále sú to objekty s menšou hmotnosťou, ale s väčšími objemami. Táto vlastnosť znamená, že sa vznášajú duté objekty. Pomysli na kanoe; vznáša sa, pretože je dutý, takže sa môže pohybovať veľkým množstvom vody bez toho, aby musel mať veľkú hmotu. Keby boli kanoe pevné, neplávali by dobre.
- V našom príklade má automobil hmotnosť 0,05 kg, väčšiu ako vytlačená voda, 0,03 kg. Potvrdzuje to náš výsledok: auto klesá.