Saturs

• Pakāpieni
• Padomi
• Nepieciešamie materiāli

Vilces spēks ir spēks, kas darbojas pretējā virzienā smaguma virzienam un ietekmē visus objektus, kas iegremdēti šķidrumā. Kad priekšmets tiek ievietots šķidrumā, tā svars nospiež šķidrumu (šķidrumu vai gāzi), bet peldošais spēks nospiež priekšmetu uz augšu, darbojoties pret gravitācijas spēku. Kopumā šo spēku var aprēķināt, izmantojot vienādojumu F_B = V_s × D × g, kur F_B ir peldošais spēks, V_s ir iegremdētais tilpums, D ir šķidruma blīvums, kurā priekšmets ir iegremdēts, un g ir gravitācijas spēks. Lai uzzinātu, kā noteikt objekta vilci, lai sāktu, skatiet 1. darbību.

Pakāpieni

1. metode no 2: Izmantojot peldspējas spēka vienādojumu

1. 

   Atrodiet skaļumu objekta iegremdētās daļas. Peldošais spēks, kas iedarbojas uz objektu, ir tieši proporcionāls iegremdētā objekta tilpumam. Citiem vārdiem sakot, jo izturīgāks ir priekšmets, jo lielāks uz to iedarbojošais peldošais spēks. Tas nozīmē, ka pat priekšmetiem, kas nogrimst šķidrumā, ir spēks, kas tos stumj uz augšu. Lai sāktu aprēķināt šo intensitāti, pirmais solis ir noteikt iegremdētā objekta tilpumu. Vienādojumam šai vērtībai jābūt metros.
   • Objektiem, kas ir pilnībā iegremdēti šķidrumā, iegremdētais tilpums ir tāds pats kā objektam. Tiem, kas peld uz šķidruma virsmas, tiek ņemts vērā tikai tilpums zem virsmas.
   • Kā piemēru, teiksim, ka mēs vēlamies atrast peldošo spēku, kas iedarbojas uz ūdenī peldošu gumijas bumbiņu. Ja bumba ir perfekta lode, kuras diametrs ir viens metrs, un ūdenī peld pa pusēm, mēs varam atrast iegremdētās daļas tilpumu, atrodot kopējo lodes tilpumu un dalot ar divām. Tā kā sfēras tilpumu norāda (4/3) π (rādiuss), ir zināms, ka rezultāts būs (4/3) π (0,5) = 0,524 metri. 0,524 / 2 = 0,262 metri iegremdēti.

2. 

   
   
   Atrodiet šķidruma blīvumu. Nākamais solis peldošā spēka atrašanas procesā ir objekta iegremdēšanas blīvuma (kilogramos uz metru) noteikšana. Blīvums ir objekta vai vielas relatīvā svara lielums pēc tilpuma. Ņemot vērā divus vienāda tilpuma objektus, visvairāk sver tas, kuram ir vislielākais blīvums. Kā likums, jo lielāks šķidruma blīvums, jo lielāku peldošo spēku tas rada. Izmantojot šķidrumus, blīvumu parasti ir vieglāk noteikt, apskatot atsauces materiālus.
   • Mūsu piemērā bumba peld ūdenī. Konsultējoties ar akadēmisko spēku, mēs varam secināt, ka ūdens blīvums ir aptuveni 1000 kilogrami / metrs.
   • Citu parasto šķidrumu blīvums ir uzskaitīts inženierzinātņu avotos. Šāds saraksts atrodams šeit.

3. 

   
   
   Atrodiet gravitācijas spēku (vai citu lejupejošu spēku). Neatkarīgi no tā, vai objekts ir peldošs vai pilnībā iegremdēts, tas vienmēr ir pakļauts gravitācijas spēkam. Reālajā pasaulē šis pastāvīgais spēks ir vienāds ar 9,81 ņūtoni / kg. Tomēr situācijās, kad cits spēks, piemēram, centrifūga, iedarbojas uz šķidrumu un iegremdētu priekšmetu, tie jāņem vērā arī, lai noteiktu kopējo lejupvērsto spēku.
   • Mūsu piemērā, ja mums ir darīšana ar parastu un nekustīgu sistēmu, mēs varam pieņemt, ka vienīgais spēks, kas darbojas uz leju, ir iepriekš minētais gravitācijas spēks.
   • Kā būtu, ja mūsu bumba peldētu ūdens spainī, ar lielu ātrumu vērpjot horizontālā aplī? Šajā gadījumā, pieņemot, ka spainis vērpjas pietiekami ātri, lai nodrošinātu, ka nekrīt ne ūdens, ne bumba, lejupejošs spēks šajā situācijā rastos no centrbēdzes spēka, ko rada kausa kustība, nevis no zemes gravitācijas.

4. 

   
   
   Reiziniet tilpumu × blīvumu × smagumu. Ja jums ir vērtības sava objekta tilpumam (metros), šķidruma blīvumam (mārciņās / metros) un gravitācijas spēkam (vai jūsu sistēmas spēkam uz leju), ir viegli atrast peldošo spēku. Vienkārši reiziniet šos trīs daudzumus, lai atrastu spēku ņūtonos.
   • Atrisināsim savu piemēru, aizstājot vērtības F vienādojumā_B = V_s × D × g. F_B = 0,262 metri × 1000 kilogrami / metrs × 9,81 ņūtoni / kilo = 2570 ņūtoni.

5. 

   Uzziniet, vai jūsu objekts peld, salīdzinot to ar gravitācijas spēku. Izmantojot peldspējas spēka vienādojumu, ir viegli atrast spēku, kas izstumj priekšmetu no šķidruma, kurā tas ir iegremdēts. Tomēr, veicot nedaudz vairāk darba, jūs varat arī noteikt, vai objekts peldēs vai nogrims. Vienkārši atrodiet objektam augošo spēku (citiem vārdiem sakot, visu tā tilpumu izmantojiet kā V_s), pēc tam atrodiet gravitācijas spēku ar vienādojumu G = (objekta masa) (9,81 metri sekundē). Ja peldošais spēks ir lielāks nekā smaguma spēks, objekts peldēs. Bet, ja smaguma spēks ir lielāks, tas nogrims. Ja tie ir vienādi, objekts tiek uzskatīts par "neitrālu".
   • Piemēram, pieņemsim, ka mēs vēlamies uzzināt, vai 20 kilogramu cilindriska koka muca ar 0,75 metru diametru un 1,25 metru augstumu peldēs ūdenī. Tam nepieciešami daži soļi:
     • Tā tilpumu varam atrast ar formulu V = π (rādiuss) (augstums). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 metri.
     • Pēc tam, pieņemot smaguma un ūdens blīvuma noklusējuma vērtības, mēs varam noteikt peldošo spēku mucā. 0,55 metri × 1000 kilogrami / metrs × 9,81 ņūtoni / kilograms = 5395.5 ņūtoni.
     • Tagad mums jāatrod gravitācijas spēks mucā. G = (20 kg) (9,81 metrs / sekundē) = 196,2 Ņūtoni. Tas ir daudz mazāk nekā peldošais spēks, tāpēc muca peldēs.

6. 

   Izmantojiet to pašu paņēmienu, ja jūsu šķidrums ir gāze. Risinot ripo problēmas, atcerieties, ka šķidrumam nav jābūt šķidrumam. Arī gāzes tiek uzskatītas par plūstošām, un, neskatoties uz to, ka salīdzinājumā ar cita veida materiāliem ir mazāks blīvums, tās tomēr var saglabāt dažu priekšmetu svaru. Par to liecina vienkāršs hēlija balons. Tā kā balonā esošā gāze ir mazāk blīva nekā apkārtējais šķidrums, tā peld!

2. metode no 2: vienkārša vilces eksperimenta veikšana

1. 

   Ievietojiet nelielu kausu vai bļodu lielākā traukā. Izmantojot dažus sadzīves priekšmetus, darbībā ir viegli redzēt peldspējas principus! Šajā vienkāršajā eksperimentā mēs parādīsim, ka iegremdētajam objektam rodas peldspēja, jo tas izspiež šķidruma daudzumu, kas vienāds ar iegremdētā objekta tilpumu. To darot, mēs arī parādām, kā atrast eksperimenta peldošo spēku. Lai sāktu, ievietojiet nelielu trauku, piemēram, bļodu vai kausu, lielākā traukā, piemēram, lielākā bļodā vai spainī.

2. 

   Piepildiet trauku no iekšpuses līdz malai. Pēc tam lielāku trauku piepildiet ar ūdeni. Jūs vēlaties, lai ūdens līmenis būtu pāri malai, bez apgāšanās. Esi uzmanīgs! Ja izlijāt ūdeni, pirms atkārtotas mēģināšanas iztukšojiet lielāko trauku.
   • Šim eksperimentam var droši pieņemt, ka ūdenim ir blīvums, un tā standarta vērtība ir 1000 kilogrami / metrs. Ja vien jūs neizmantojat sālsūdeni vai citu šķidrumu, lielākajai daļai ūdens veidu blīvums ir tuvu atsauces līmenim.
   • Ja jums ir pilinātājs, var būt ļoti noderīgi pārbaudīt ūdens līmeni iekšējā tvertnē.

3. 

   Iegremdējiet nelielu priekšmetu. Tagad atrodiet nelielu priekšmetu, kas der iekšējā tvertnes iekšpusē un ko ūdens nesabojās. Atrodiet šī objekta masu kilogramos (šim nolūkam izmantojiet skalu). Pēc tam, nenolaižot pirkstus, iegremdējiet objektu ūdenī, līdz tas sāk peldēt vai vairs nevarat to turēt. Jums vajadzētu pamanīt, kā ūdens no iekšējā trauka izlīst ārējā traukā.
   • Sava piemēra nolūkos, teiksim, ka iekšējā tvertnē ievietojam rotaļlietu ratiņus ar masu 0,05 kg. Lai aprēķinātu vilces spēku, mums nav jāzina automašīnas tilpums, kā mēs to redzēsim tālāk.

4. 

   Savāc un izmēra noplūdušo ūdeni. Iegremdējot priekšmetu ūdenī, notiek ūdens pārvietošanās; ja tas nenotiktu, viņam nebūtu vietas iekļūt ūdenī. Kad viņš nospiež šķidrumu, ūdens atgrūžas atpakaļ, izraisot vilci. Paņemiet izlijušo ūdeni un ievietojiet to mērglāzē. Ūdens tilpumam jābūt vienādam ar iegremdēto tilpumu.
   • Citiem vārdiem sakot, ja jūsu objekts peld, izlietā ūdens tilpums būs vienāds ar ūdenī iegremdētā objekta tilpumu. Ja jūsu objekts nogrimst, no tā izlijušā ūdens tilpums ir vienāds ar visa objekta tilpumu.

5. 

   Aprēķiniet izlijušā ūdens svaru. Tā kā jūs zināt ūdens blīvumu un varat izmērīt izlijušo daudzumu, jūs varat atrast masu. Vienkārši konvertējiet tilpumu metros (tiešsaistes pārveidošanas rīks, piemēram, šis, var būt noderīgs) un reiziniet ar ūdens blīvumu (1000 kilogrami / metrs).
   • Šajā piemērā teiksim, ka mūsu grozs nogrima un pārvietojās apmēram divas ēdamkarotes (0,00003 metru).Lai atrastu ūdens masu, mēs to reizinām ar blīvumu: 1000 kilogrami / metri × 0,00003 metri = 0,03 kilogrami.

6. 

   Salīdziniet pārvietoto tilpumu ar objekta masu. Tagad, kad jūs zināt iegremdēto un pārvietoto masu, salīdziniet tos, lai redzētu, kura ir lielāka. Ja iekšējā tvertnē iegremdētā priekšmeta masa ir lielāka par pārvietotās ūdens masu, tai jābūt nogrimušai. Bet, ja pārvietotā ūdens masa ir lielāka par, objektam jābūt peldētam. Šis ir peldspējas princips; lai objekts varētu peldēt, tam ir jāizspiež ūdens masa, kas ir lielāka nekā objekta masa.
   • Tomēr objekti, kuru masa ir mazāka, bet lielāki, ir tie objekti, kas peld visvairāk. Šis īpašums nozīmē, ka dobi priekšmeti peld. Padomājiet par kanoe; tas peld, jo ir dobs, tāpēc tas var pārvietot daudz ūdens, bez lielas masas. Ja kanoe būtu ciets, tie nebūtu labi peldēt.
   • Mūsu piemērā automašīnas masa ir 0,05 kg, kas ir lielāka par izspiesto ūdeni, 0,03 kg. Tas apstiprina mūsu rezultātu: automašīna nogrimst.

Padomi

• Lai iegūtu precīzus mērījumus, izmantojiet skalu, kuru pēc katra nolasījuma var nullēt.

Nepieciešamie materiāli

• Maza krūzīte vai bļoda
• Liela bļoda vai spainis
• Neliels iegremdējams priekšmets (piemēram, gumijas bumba)
• Mērīšanas kauss