Hogyan kell kiszámítani a tolóerőt: 12 lépés (képekkel) - Tippek

Hogyan kell kiszámítani a tolóerőt - Tippek

Tartalom

Lépések
tippek
Szükséges anyagok

A tolóerő az a erő, amely a gravitáció irányával ellentétes irányban hat, és a folyadékba merített összes tárgyat érinti. Ha egy tárgyat folyadékba helyeznek, annak súlya nyomja a folyadékot (folyadékot vagy gázt), míg a felhajtóerő a tárgyat felfelé nyomja, a gravitáció ellen hatva. Általánosságban ez az erő kiszámítható az egyenlettel F_B = V_s × D × g, ahol F_B a felhajtó erő, V_s a merülő térfogat, D a folyadék sűrűsége, amelybe a tárgy merül, és g a gravitációs erő. Az objektum tolóerősségének meghatározásáról az induláshoz lásd az 1. lépést.

Lépések

1. módszer 2-ből: A felhajtóerő egyenlet felhasználásával

Keresse meg a kötet a tárgy elmerült része. Az objektumra ható felhajtóerő közvetlenül arányos a merülő tárgy térfogatával. Más szavakkal: minél szilárdabb a tárgy, annál nagyobb az erre ható felhajtóerő. Ez azt jelenti, hogy még a folyadékba süllyedő tárgyak is erővel tolják fel őket. Ennek az intenzitásnak a kiszámításához meg kell kezdeni az alámerített objektum térfogatának meghatározását. Az egyenlethez ennek az értéknek méterben kell lennie.
- Az olyan tárgyak esetében, amelyek teljesen elmerülnek a folyadékban, az alámerült térfogat megegyezik az objektuméval. Azok számára, akik a folyadék felületén úsznak, csak a felület alatti térfogatot kell figyelembe venni.
- Példaként mondjuk, hogy meg akarjuk találni a vízben lebegő gumilabdára ható felhajtóerőt. Ha a golyó tökéletes gömb, egy méter átmérőjű, és felében a vízben lebeg, akkor a bemerült rész térfogatát úgy találhatjuk meg, hogy megtaláljuk a gömb teljes térfogatát, és osztjuk el kettővel. Mivel a gömb térfogatát (4/3) π (sugár) adja, tudjuk, hogy (4/3) π (0.5) = 0.524 méter eredményt kapunk. 0,524 / 2 = 0,262 méter víz alatt.
Keresse meg folyadékának sűrűségét. A felhajtó erő megtalálásának következő lépése az a sűrűség meghatározása (kilogrammban / méter), amelyre a tárgy merül. A sűrűség az objektum vagy az anyag relatív súlyának mértéke. Két azonos térfogatú objektumot tekintve a legnagyobb sűrűségű objektum tömege a legjobban. Általános szabály, hogy minél nagyobb a folyadék sűrűsége, annál nagyobb a felhajtóerő. Folyadékok esetén a sűrűséget általában könnyebb meghatározni a referenciaanyagok alapján.
- Példánkban a labda lebeg a vízben. Konzultálva egy tudományos erővel, megállapíthatjuk, hogy a víz sűrűsége kb 1000 kiló / méter.
- Más általános folyadékok sűrűségét a műszaki források sorolják fel. Egy ilyen lista itt található.
Keresse meg a gravitációs erőt (vagy egy másik lefelé irányuló erőt). Függetlenül attól, hogy a tárgy lebeg vagy teljesen elmerül, mindig a gravitációs erőnek van kitéve. A való világban ez az állandó erő egyenlő: 9,81 Newton / kg. Azonban olyan helyzetekben, amikor egy másik erő, például a centrifuga, hatással van a folyadékra és az alámerült tárgyra, ezeket a teljes lefelé irányuló erő meghatározására is figyelembe kell venni.
- Példánkban, ha egy rendes és álló rendszerrel van szó, akkor feltételezhetjük, hogy az egyetlen lefelé ható erő a fent említett gravitációs erő.
- Mi lenne, ha a golyónk egy vödör vízben lebegne és nagy sebességgel forog egy vízszintes körben? Ebben az esetben, ha feltételezzük, hogy a vödör elég gyorsan forog annak biztosítása érdekében, hogy a víz és a gömb ne essen le, akkor a lefelé irányuló erő ebben a helyzetben a vödör mozgása által létrehozott centrifugális erőből származik, nem pedig a föld gravitációjából.
Szorozzuk meg a térfogat × sűrűség × gravitációt. Ha megvannak a tárgya térfogatának (méterben), folyadékának sűrűségében (font / méter) és a gravitációs erő (vagy a rendszer lefelé irányuló erő) értékei, a felhajtóerőt könnyű megtalálni. Egyszerűen szorozzuk meg ezt a három mennyiséget, hogy megtaláljuk az erőt newtonban.
- Oldjuk meg a példánkat azért, hogy értékeinket az F egyenletben helyettesítjük_B = V_s × D × g. F_B = 0,262 méter × 1000 kiló / méter × 9,81 newton / kiló = 2570 Newton.
Tudja meg, hogy a tárgy lebeg-e, összehasonlítva a gravitációs erővel. A felhajtóerő-egyenlet segítségével könnyű megtalálni azt az erőt, amely egy tárgyat kiszorít azon folyadékból, amelybe merül. Egy kicsit több munkával meghatározhatja azt is, hogy az objektum lebeg-e vagy elsüllyed-e. Egyszerűen keresse meg az objektum felhajtóerőjét (más szóval, használja a teljes térfogatot V-ként)_s), akkor keresse meg a gravitációs erőt G = (a tárgy tömege) egyenlettel (9,81 méter / másodperc). Ha a felhajtóerő nagyobb, mint a gravitáció, akkor a tárgy lebeg. De ha a gravitációs erő nagyobb, akkor elsüllyed. Ha ugyanazok, akkor az objektumot "semlegesnek" mondják.
- Tegyük fel például, hogy szeretnénk tudni, hogy egy 0,75 méter átmérőjű és 1,25 méter magas 20 kg-os hengeres fahordó úszik-e a vízben. Ehhez néhány lépés szükséges:
  - A térfogatát V = π (sugár) (magasság) képlettel találhatjuk meg. V = π (0,375) (1,25) = 0,55 méter.
  - Ezt követően, feltételezve a gravitáció és a víz sűrűségének alapértelmezett értékeit, meghatározhatjuk a hordóban lévő felhajtóerőt. 0,55 méter × 1000 kiló / méter × 9,81 newton / kiló = 5395,5 Newton.
  - Most meg kell találnunk a gravitációs erőt a hordóban. G = (20 kg) (9,81 méter / másodperc) = 196,2 Newton. Sokkal kevesebb, mint a felhajtóerő, tehát a hordó lebeg.
Ugyanazt a technikát használja, ha folyadéka gáz. A ripo problémák megoldásakor ne felejtse el, hogy a folyadéknak nem kell folyadéknak lennie. A gázokat folyékonynak is tekintik, és annak ellenére, hogy alacsonyabb sűrűségűek, mint más típusú anyagokhoz, mégis képesek megtartani egyes tárgyak súlyát. Ezt bizonyítja egy egyszerű hélium ballon. Mivel a ballonban lévő gáz kevésbé sűrű, mint a környező folyadék, lebeg!

2. módszer a 2-ből: Egyszerű tolóerő-kísérlet végrehajtása

Helyezzen egy kis csészét vagy tálat egy nagyobb tartályba. Néhány háztartási cikknél könnyű megfigyelni a felhajtóképesség elvét! Ebben az egyszerű kísérletben demonstráljuk, hogy az alámerült objektum úszóképességgel rendelkezik, mivel kiszorítja az elmerült tárgy térfogatának megfelelő folyadékmennyiséget. Ennek elvégzése közben azt is bemutatjuk, hogyan lehet megtalálni a kísérlet lendítő erejét. Az induláshoz helyezzen egy kis edényt, például egy tál vagy csésze egy nagyobb tartályba, például egy nagyobb tálba vagy vödörbe.
Töltse fel a tartályt belülről a szélére. Ezután töltse fel a nagyobb tartályt vízzel. Azt akarja, hogy a vízszint a széle felett legyen, anélkül, hogy felborulna. Légy óvatos! Ha vizet ömlött, ürítse ki a nagyobb tartályt, mielőtt újra megpróbálja.
- Ehhez a kísérlethez biztonságosan feltételezhető, hogy a víz sűrűsége normál értékben 1000 kg / méter. Hacsak nem sós vizet vagy más folyadékot használ, a legtöbb víz sűrűsége megközelíti a referencia értéket.
- Ha van csepegtetője, nagyon hasznos lehet ellenőrizni a belső tartály vízszintjét.
Merítsen egy kis tárgyat. Most keressen egy kis tárgyat, amely belefér a belső tartály belsejébe, és amelyet a víz nem károsít. Keresse meg az objektum tömegét kilogrammban (ehhez használjon skálát). Ezután - anélkül, hogy ujjai nedvessé válnának - merítsük a tárgyat vízbe, amíg az úszni kezd, vagy már nem tudja megtartani. Vigyáznia kell, hogy a belső tartályból víz folyik a külső tartályba.
- Tegyük fel, hogy a példánkban 0,05 kg tömegű játékkocsiot helyezünk a belső tartályba. Nem kell tudnunk az autó térfogatát a tolóerő kiszámításához, amint azt látjuk a következőkben.
Gyűjtse össze és mérje meg a kiömlött vizet. Amikor egy tárgyat vízbe merít, a víz eltolódik; ha nem, akkor nem lesz helye neki a vízbe. Amikor nyomja a folyadékot, a víz visszahúzódik, ami a tolóerőt okozza. Vegye ki a kiömlött vizet, és tegye egy mérőpohárba. A vízmennyiségnek meg kell egyeznie az alámerült térfogatéval.
- Más szavakkal, ha a tárgy lebeg, a kiömlött víz mennyisége megegyezik a vízbe merített tárgy térfogatával. Ha tárgya elsüllyed, akkor a kifolyott víz mennyisége megegyezik a teljes tárgy térfogatával.
Számítsa ki a kiömlött víz súlyát. Mivel ismeri a víz sűrűségét és tudja mérni a kiömlött mennyiséget, megtalálhatja a tömeget. Egyszerűen konvertálja át a térfogatot méterre (egy ilyen online konvertáló eszköz hasznos lehet, mint ez), és szorozza meg a víz sűrűségével (1000 kg / méter).
- Tegyük fel például, hogy a kocsi elsüllyedt és körülbelül két evőkanál (0,00003 méter) mozgását mozgatta.A víz tömegének meghatározásához szorzzuk meg sűrűségével :: 1000 kg / méter × 0,00003 méter = 0,03 kiló.
Hasonlítsa össze az elmozdult térfogatot az objektum tömegével. Most, hogy ismeri az elmerült tömeget és az elmozdult tömeget, hasonlítsa össze őket, hogy megnézze, melyik nagyobb. Ha a merülő tárgy tömege a belső tartályban nagyobb, mint az elmozdult víz tömege, akkor annak elsüllyednie kell. De ha az elmozdított víz tömege nagyobb, mint a tárgy, akkor a tárgynak lebegőnek kell lennie. Ez a felhajtóerő elve; ahhoz, hogy egy tárgy lebegjen, a víz tömegét el kell távolítania, mint a tárgyé.
- Mégis, az alacsonyabb tömegű, de nagyobb térfogatú tárgyak a leginkább úszók. Ez a tulajdonság azt jelenti, hogy üreges tárgyak úsznak. Gondolj egy kenura; lebeg, mert üreges, tehát sok vizet képes mozgatni anélkül, hogy nagy tömegű lenne. Ha a kenuk szilárdak, akkor nem fognak jól lebegni.
- Példánkban az autó tömege 0,05 kg, nagyobb, mint a kiszorított víz, 0,03 kg. Ez megerősíti eredményünket: az autó elsüllyed.