Cum se calculează arborele: 12 pași (cu imagini) - Sfaturi

Video: Fizica Clasa a 6-a Lectia: Densitatea

Conţinut

paşi
sfaturi
Materiale necesare

Împingerea este forța care acționează în sens opus direcției gravitației care afectează toate obiectele scufundate într-un fluid. Când un obiect este plasat într-un fluid, greutatea acestuia împinge fluidul (lichid sau gaz), în timp ce forța flotantă împinge obiectul în sus, acționând împotriva gravitației. În termeni generali, această forță poate fi calculată folosind ecuația F_B = V_s × D × g, unde F_B este forța flotantă, V_s este volumul scufundat, D este densitatea fluidului în care obiectul este scufundat și g este forța gravitației. Pentru a afla cum să determinați arborele obiectului, consultați pasul 1 pentru a începe.

paşi

Metoda 1 din 2: Utilizarea ecuației forței de flotabilitate

Găsiți volumul din porțiunea scufundată a obiectului. Forța flotantă care acționează asupra unui obiect este direct proporțională cu volumul obiectului care este scufundat. Cu alte cuvinte, cu cât obiectul este mai solid, cu atât forța flotantă este mai mare. Aceasta înseamnă că chiar și obiectele care se scufundă într-un lichid au o forță care le împinge în sus. Pentru a începe calcularea acestei intensități, primul pas este de a determina volumul obiectului care este scufundat. Pentru ecuație, această valoare trebuie să fie în metri.
- Pentru obiectele care sunt complet scufundate în fluid, volumul submers este același cu obiectul. Pentru cei care plutesc pe suprafața fluidului, se ia în considerare doar volumul de sub suprafață.
- Ca exemplu, să spunem că vrem să găsim forța flotantă care acționează pe o bilă de cauciuc care plutește în apă. Dacă bila este o sferă perfectă, cu un diametru de un metru și plutește în jumătate în apă, putem găsi volumul porțiunii scufundate găsind volumul total al sferei și împărțind la două. Deoarece volumul sferei este dat de (4/3) π (raza), se știe că vom avea un rezultat de (4/3) π (0,5) = 0,524 metri. 0,524 / 2 = 0,262 metri scufundați.
Găsiți densitatea fluidului dvs. Următorul pas în procesul de găsire a forței flotante este definirea densității (în kilograme / metru) din care obiectul este scufundat. Densitatea este o măsură a unui obiect sau a greutății relative a substanței în volum. Dat fiind două obiecte cu volum egal, cel cu cea mai mare densitate cântărește cel mai mult. De regulă, cu cât densitatea fluidului este mai mare, cu atât forța flotantă este mai mare. În cazul fluidelor, în general, este mai ușor să se determine densitatea prin examinarea materialelor de referință.
- În exemplul nostru, mingea plutește în apă. Consultând o forță academică, putem constata că densitatea apei este de cca 1000 de kilograme / metru.
- Densitățile altor fluide comune sunt listate în surse de inginerie. O astfel de listă poate fi găsită aici.
Găsiți forța gravitației (sau o altă forță în jos). Indiferent dacă obiectul este plutitor sau total scufundat, acesta este întotdeauna supus forței gravitației. În lumea reală, această forță constantă este egală cu 9,81 Newtons / kg. Cu toate acestea, în situațiile în care o altă forță, cum ar fi centrifuga, acționează asupra unui fluid și a obiectului scufundat, ele trebuie, de asemenea, considerate a determina forța descendentă totală.
- În exemplul nostru, dacă avem de-a face cu un sistem obișnuit și staționar, putem presupune că singura forță care acționează în jos este forța de gravitație menționată mai sus.
- Cu toate acestea, ce se întâmplă dacă mingea noastră plutea într-o găleată cu apă, învârtind cu mare viteză într-un cerc orizontal? În acest caz, presupunând că găleata se învârte suficient de rapid pentru a se asigura că atât apa, cât și mingea nu cad, forța descendentă în această situație ar rezulta din forța centrifugă creată de mișcarea găleții, nu de gravitatea pământului.
Înmulțiți volumul × densitatea × gravitația. Când aveți valori pentru volumul obiectului dvs. (în metri), densitatea fluidului dvs. (în kilograme / metru) și forța gravitației (sau forța în jos a sistemului dvs.), găsirea forței flotante este ușoară. Pur și simplu înmulțiți aceste trei cantități pentru a găsi forța în newton.
- Să ne rezolvăm exemplul înlocuind valorile noastre în ecuația F_B = V_s × D × g. F_B = 0,262 metri × 1000 kilograme / metru × 9,81 newtoni / kilo = 2570 Newton.
Aflați dacă obiectul dvs. plutește comparându-l cu forța gravitației. Folosind ecuația forței de flotabilitate, este ușor de găsit forța care împinge un obiect din fluidul în care este scufundat. Cu toate acestea, cu ceva mai mult de lucru, puteți, de asemenea, să determinați dacă obiectul va pluti sau se va scufunda. Pur și simplu găsiți forța flotantă pentru obiect (cu alte cuvinte, utilizați întregul volum ca V_s), apoi găsiți forța gravitației cu ecuația G = (masa obiectului) (9,81 metri / secundă). Dacă forța flotantă este mai mare decât cea a gravitației, obiectul va pluti. Dar dacă forța gravitației este mai mare, se va scufunda. Dacă sunt aceleași, se spune că obiectul este „neutru”.
- De exemplu, să zicem că vrem să știm dacă un butoi din lemn cilindric de 20 de kilograme cu un diametru de 0,75 metri și o înălțime de 1,25 metri, va pluti în apă. Acest lucru necesită câțiva pași:
  - Îi putem găsi volumul cu formula V = π (raza) (înălțime). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 metri.
  - După aceea, asumându-ne valorile implicite pentru gravitație și densitatea apei, putem determina forța flotantă în butoi. 0,55 metri × 1000 kilograme / metru × 9,81 newtoni / kilo = 5395.5 Newton.
  - Acum, trebuie să găsim forța gravitațională în butoi. G = (20 kg) (9,81 metri / secundă) = 196.2 Newton. Este mult mai mică decât forța flotantă, astfel că butoiul va pluti.
Folosiți aceeași tehnică atunci când fluidul dvs. este un gaz. Când rezolvați problemele cu ripo, nu uitați că lichidul nu trebuie să fie un lichid. Gazele sunt, de asemenea, considerate fluide și, deși au densități mai mici în comparație cu alte tipuri de materiale, ele pot totuși să suporte greutatea unor obiecte. Un simplu balon de heliu este o dovadă în acest sens. Deoarece gazul din balon este mai puțin dens decât fluidul din jur, plutește!

Metoda 2 din 2: Efectuarea unui experiment simplu de tracțiune

Puneți o ceașcă mică sau un bol într-un recipient mai mare. Cu unele obiecte de uz casnic, este ușor să vezi principiile flotabilității în acțiune! În acest experiment simplu, vom demonstra că un obiect scufundat experimentează flotabilitate, deoarece deplasează un volum de fluid egal cu volumul obiectului scufundat. În timp ce facem acest lucru, vom demonstra și cum să găsim forța flotantă a unui experiment. Pentru a începe, așezați un recipient mic, cum ar fi un bol sau o cană, într-un recipient mai mare, cum ar fi un bol sau o găleată mai mare.
Umpleți recipientul din interior până la margine. Apoi, umple recipientul mai mare cu apă. Doriți ca nivelul apei să fie peste margine, fără a depăși. Ai grija! Dacă vărsați apă, goliți recipientul mai mare înainte de a încerca din nou.
- Pentru acest experiment, este sigur să presupunem că apa are densitatea apei are o valoare standard de 1000 de kilograme / metru. Dacă nu folosiți apă sărată sau un alt lichid, majoritatea tipurilor de apă au o densitate apropiată de referință.
- Dacă aveți picătură, poate fi foarte util să verificați nivelul apei din recipientul interior.
Scufundați un obiect mic. Acum, găsiți un obiect mic care se potrivește în containerul interior și nu va fi deteriorat de apă. Găsiți masa acestui obiect în kilograme (folosiți o scală pentru acest lucru). Apoi, fără să vă udați degetele, scufundați obiectul în apă până când începe să plutească sau nu îl mai puteți ține. Ar trebui să observați apa din recipientul interior care se varsă în recipientul exterior.
- În scopul exemplului nostru, să spunem că plasăm un coș de jucărie cu o masă de 0,05 kg în interiorul containerului interior. Nu trebuie să știm volumul mașinii pentru a calcula tracțiunea, așa cum vom vedea în continuare.
Colectați și măsurați apa pe care ați vărsat-o. Când scufundați un obiect în apă, are loc o deplasare a apei; dacă nu ar fi, nu ar mai fi loc să intre în apă. Când împinge lichidul, apa împinge înapoi, provocând împingerea. Luați apa pe care ați vărsat-o și puneți-o într-o cană de măsurare. Volumul de apă trebuie să fie egal cu cel al volumului scufundat.
- Cu alte cuvinte, dacă obiectul plutește, volumul de apă pe care îl vărsați va fi egal cu volumul obiectului scufundat în apă. Dacă obiectul tău se scufundă, volumul de apă pe care îl varsă este egal cu volumul întregului obiect.
Calculați greutatea apei vărsate. Deoarece știți densitatea apei și puteți măsura volumul care a fost vărsat, puteți găsi masa. Pur și simplu convertiți volumul în metri (un instrument de conversie online, ca acesta, poate fi util) și multiplicați cu densitatea apei (1000 kilograme / metru).
- În exemplul nostru, să spunem că coșul nostru s-a scufundat și a mutat aproximativ două linguri (0,00003 metri).Pentru a găsi masa apei, o înmulțim cu densitatea ei: 1000 kilograme / metri × 0,00003 metri = 0,03 kilograme.
Comparați volumul deplasat cu masa obiectului. Acum, că știți masa scufundată și masa deplasată, comparați-le pentru a vedea care este mai mare. Dacă masa obiectului scufundat în recipientul interior este mai mare decât masa de apă deplasată, trebuie să se afunde. Dar dacă masa de apă deplasată este mai mare decât, obiectul trebuie să fi plutit. Acesta este principiul flotabilității; pentru ca un obiect să plutească, trebuie să deplaseze o masă de apă mai mare decât cea a obiectului.
- Totuși, obiectele cu mase mai mici, dar volume mai mari sunt obiectele care plutesc cel mai mult. Această proprietate înseamnă că obiectele goale plutesc. Gândiți-vă la o canoe; plutește pentru că este gol, astfel încât se poate mișca multă apă, fără a fi nevoie să aibă o masă mare. Dacă canoele ar fi solide, nu ar pluti bine.
- În exemplul nostru, mașina are o masă de 0,05 kg, mai mare decât apa deplasată, 0,03 kg. Acest lucru confirmă rezultatul nostru: mașina se scufunda.