Hur man beräknar flytkraft: 12 steg (med bilder)

Innehållsförteckning:

Hur man beräknar flytkraft: 12 steg (med bilder)
Hur man beräknar flytkraft: 12 steg (med bilder)

Video: Hur man beräknar flytkraft: 12 steg (med bilder)

Video: Hur man beräknar flytkraft: 12 steg (med bilder)
Video: Beräkna volym 2024, Mars
Anonim

Uppdrift är den kraft som verkar i motsatt riktning mot tyngdkraftsriktningen som påverkar alla föremål som är nedsänkta i en vätska. När ett föremål placeras i en vätska trycker dess vikt på vätskan (vätska eller gas), medan flytkraften skjuter föremålet uppåt och verkar mot gravitationen. I allmänna termer kan denna kraft beräknas med ekvationen FB = Vs × D × g, där FB är den flytande kraften, Vs är den nedsänkta volymen, D är densiteten för vätskan i vilken föremålet är nedsänkt och g är tyngdkraften. För att lära dig hur du bestämmer objektets flytkraft, se steg 1 för att komma igång.

steg

Metod 1 av 2: Använda flytkraftsekvationen

Beräkna flytkraft Steg 1
Beräkna flytkraft Steg 1

Steg 1. Hitta volymen på objektets nedsänkta del

Den flytande kraften som verkar på ett objekt är direkt proportionell mot volymen på objektet som är nedsänkt. Med andra ord, ju mer fast föremålet är, desto större är den flytande kraft som verkar på det. Det betyder att även föremål som sjunker i en vätska har en kraft som trycker upp dem. För att börja beräkna denna intensitet är det första steget att bestämma volymen på objektet som är nedsänkt. För ekvationen måste detta värde vara i meter3.

  • För objekt som är helt nedsänkta i vätskan är den nedsänkta volymen densamma som föremålet. För dem som flyter på vätskans yta beaktas endast volymen under ytan.
  • Som ett exempel, låt oss säga att vi vill hitta den flytande kraften som verkar på en gummikula som flyter i vatten. Om bollen är en perfekt sfär, en meter i diameter och halvflyter i vattnet, kan vi hitta volymen på den nedsänkta delen genom att hitta sfärens totala volym och dela med två. Eftersom sfärens volym ges med (4/3) π (radie)3, det är känt att vi kommer att ha ett resultat av (4/3) π (0, 5)3 = 0,524 meter3. 0, 524/2 = 0,262 meter3 nedsänkt.
Beräkna flytkraft Steg 2
Beräkna flytkraft Steg 2

Steg 2. Hitta densiteten för din vätska

Nästa steg i processen att hitta den flytande kraften är att definiera densiteten (i kilogram/meter3) varav objektet är nedsänkt. Densitet är ett mått på ett föremål eller ämnes relativa vikt i volym. Med tanke på två föremål med samma volym väger den med större densitet mer. I regel, ju större vätskans densitet, desto större flytkraft utövar den. Med vätskor är det i allmänhet lättare att bestämma densitet genom att titta på referensmaterial.

  • I vårt exempel flyter bollen på vatten. Genom att konsultera en akademisk kraft kan vi upptäcka att vattnets densitet handlar om 1000 kilo/meter3.
  • Densiteter för andra vanliga vätskor anges i tekniska källor. En lista över dessa hittar du här.
Beräkna flytkraft Steg 3
Beräkna flytkraft Steg 3

Steg 3. Hitta gravitationskraften (eller annan nedåtriktad kraft)

Oavsett om objektet är flytande eller helt nedsänkt, är det alltid utsatt för tyngdkraften. I den verkliga världen är denna konstanta kraft lika med 9, 81 Newton/kilo. Men i situationer där en annan kraft, såsom en centrifug, verkar på en vätska och det nedsänkta föremålet, måste det också övervägas att bestämma den totala nedåtriktade kraften.

  • I vårt exempel, om vi har att göra med ett vanligt och stationärt system, kan vi anta att den enda kraft som verkar nedåt är tyngdkraften som nämns ovan.
  • Men vad händer om vår boll flyter i en hink med vatten och snurrar med stor hastighet i en horisontell cirkel? I det här fallet, förutsatt att skopan snurrar tillräckligt snabbt för att säkerställa att både vattnet och bollen inte faller, skulle den nedåtgående kraften i denna situation härledas från den centrifugalkraft som skapas av skopans rörelse, inte jordens gravitation.
Beräkna flytkraft Steg 4
Beräkna flytkraft Steg 4

Steg 4. Multiplicera volym × densitet × gravitation

När du har värden för objektets volym (i meter 3), densiteten för din vätska (i kilogram/meter3) och tyngdkraften (eller systemets nedåtriktade kraft) är det lätt att hitta den flytande kraften. Multiplicera helt enkelt dessa tre kvantiteter för att hitta kraften i newton.

Låt oss lösa vårt exempel genom att ersätta våra värden med ekvation FB = Vs × D × g. FB = 0,262 meter3 × 1000 kilo/meter3 × 9, 81 newton/kilo = 2570 Newton.

Beräkna flytkraft Steg 5
Beräkna flytkraft Steg 5

Steg 5. Ta reda på om ditt objekt flyter genom att jämföra det med tyngdkraften

Med hjälp av flytkraftsekvationen är det lätt att hitta kraften som driver ett föremål ut ur vätskan där det är nedsänkt. Men med lite mer arbete är det också möjligt att avgöra om objektet kommer att flyta eller sjunka. Hitta helt enkelt den flytande kraften för objektet (med andra ord, använd hela dess volym som Vs), hitta sedan tyngdkraften med ekvationen G = (objektmassa) (9,81 meter/sekund2). Om flytkraften är större än gravitationen kommer objektet att flyta. Men om tyngdkraften är större kommer den att sjunka. Om de är lika kallas objektet”neutralt”.

  • Till exempel, låt oss säga att vi vill veta om en 20 kilo cylindrisk trätunna med en diameter på 0,75 meter och en höjd av 1,25 meter kommer att flyta på vatten. Detta kräver några steg:

    • Vi kan hitta dess volym med formeln V = π (radie)2(höjd). V = π (0, 375)2(1, 25) = 0, 55 meter3.
    • Efter det, förutsatt standardvärdena för gravitation och vattentäthet, kan vi bestämma flytkraften på pipan. 0, 55 meter3 × 1000 kilo/meter3 × 9, 81 newton/kilo = 5395, 5 Newton.
    • Nu måste vi hitta gravitationskraften på pipan. G = (20 kg) (9,81 meter/sekund2) = 196, 2 Newton. Det är mycket mindre än flytkraften, så pipan kommer att flyta.
Beräkna flytkraft Steg 6
Beräkna flytkraft Steg 6

Steg 6. Använd samma teknik när din vätska är en gas

Glöm inte att vätskan inte behöver vara en vätska när du löser typproblem. Gaser anses också vara flytande och kan, trots att de har lägre densiteter jämfört med andra typer av material, fortfarande stödja vikten av vissa föremål. En enkel heliumballong är ett bevis på det. Eftersom ballongens gas är mindre tät än den omgivande vätskan, flyter den!

Metod 2 av 2: Utföra ett enkelt flytförlopp

Beräkna flytkraft Steg 7
Beräkna flytkraft Steg 7

Steg 1. Lägg en liten kopp eller skål i en större behållare

Med några saker hemifrån är det lätt att se flytkraftsprinciperna i aktion! I detta enkla experiment kommer vi att visa att ett nedsänkt objekt upplever dragkraft eftersom det förskjuter en volym vätska lika med volymen av det nedsänkta föremålet. Samtidigt som vi gör detta visar vi också hur man hittar flytkraften i ett experiment. För att börja, placera en liten behållare, till exempel en skål eller kopp, inuti en större behållare, till exempel en större skål eller hink.

Beräkna flytkraft Steg 8
Beräkna flytkraft Steg 8

Steg 2. Fyll behållaren från insidan till kanten

Fyll sedan den större behållaren med vatten. Du vill att vattennivån ska vara upp till kanten utan att välta. Var försiktig! Om vatten rinner ut, töm den större behållaren innan du försöker igen.

  • För detta experiment är det säkert att anta att vatten har densiteten för vatten har standardvärdet 1000 kg/meter3. Om du inte använder saltvatten eller en annan vätska har de flesta typer av vatten en densitet nära referensvärdet.
  • Om du har en dropper kan det vara mycket användbart att kontrollera vattennivån i den inre behållaren.
Beräkna flytkraft Steg 9
Beräkna flytkraft Steg 9

Steg 3. Sänk ner ett litet föremål

Hitta nu ett litet föremål som passar inuti den inre behållaren och inte skadas av vatten. Hitta massan av detta objekt i kilogram (använd en skala för detta). Doppa sedan objektet i vattnet utan att bli fingrarna våta tills det börjar flyta eller du inte längre kan hålla det. Du bör märka att vatten från den inre behållaren rinner ut i den yttre behållaren.

För vårt exempel, låt oss säga att vi lägger en leksaksbil på 0,05 kg i den inre behållaren. Vi behöver inte veta bilens volym för att beräkna dragkraft, som vi får se nästa

Beräkna flytkraft Steg 10
Beräkna flytkraft Steg 10

Steg 4. Samla upp och mät spillt vatten

När du sänker ner ett föremål i vatten sker en vattenförskjutning; om det inte gjorde det, skulle det inte finnas utrymme för honom att gå in i vattnet. När det pressar vätskan, trycker vattnet tillbaka, vilket orsakar flytkraften. Ta det spillda vattnet och lägg det i en mätkopp. Vattenvolymen måste vara lika med den nedsänkta volymen.

Med andra ord, om ditt föremål flyter, kommer vattenmängden som du spillde att vara lika med volymen av föremålet som är nedsänkt i vattnet. Om ditt föremål sjunker är volymen vatten som det spills lika med volymen för hela objektet

Beräkna flytkraft Steg 11
Beräkna flytkraft Steg 11

Steg 5. Beräkna vikten av det spillda vattnet

Eftersom du känner till vattnets densitet och kan mäta volymen som har spillts kan du hitta massan. Konvertera helt enkelt volymen till meter3 (ett online konverteringsverktyg som det här kan vara användbart) och multiplicera det med vattnets densitet (1000 kg/meter3).

I vårt exempel, låt oss säga att vår vagn sjönk och lossnade ungefär två matskedar (0, 00003 meter)3). För att hitta massan av vatten multiplicerar vi med dess densitet:: 1000 kilo/meter3 × 0,0003 meter3 = 0,03 kilo.

Beräkna flytkraft Steg 12
Beräkna flytkraft Steg 12

Steg 6. Jämför den förskjutna volymen med objektets massa

Nu när du känner till den nedsänkta massan och den förskjutna massan, jämför dem för att se vilken som är större. Om föremålets massa nedsänkt i det inre kärlet är större än den förskjutna vattenmassan måste den ha sjunkit. Men om den förskjutna massan av vatten är större än så måste föremålet ha svävt. Detta är flytkraftsprincipen; för att ett objekt ska flyta måste det förskjuta en vattenmassa som är större än föremålet.

  • Objekt med mindre massor men större volymer är också de objekt som flyter mest. Denna egenskap innebär att ihåliga föremål flyter. Tänk på en kanot; det flyter eftersom det är ihåligt, så det kan förskjuta mycket vatten utan att behöva ha en stor massa. Om kanoter var fasta skulle de inte flyta bra.
  • I vårt exempel har bilen en massa på 0,05 kilo, större än det förskjutna vattnet, 0,03 kilo. Detta bekräftar vårt resultat: bilen sjunker.

Rekommenderad: