Kaldırma kuvveti nasıl hesaplanır: 12 Adım (Fotoğraflı) - Ipuçları

Video: Bilimsel Hesap Makinesi Kullanımı 1 - Temel Ayarlar (Scientific Calculator Tutorial 1)

İçerik

Adımlar
Tavsiye
Neye ihtiyacın var

Yüzer kuvvet, yer çekiminin tersi yönde sıvıya batmış bir nesneye etki eden kuvvettir. Bir sıvıya bir nesne yerleştirildiğinde, nesnenin ağırlığı sıvıyı (sıvı veya gaz) aşağı iterken kaldırma kuvveti nesneyi yerçekiminin ters yönünde yukarı doğru iter. Genel olarak, bu kaldırma kuvveti denklemler kullanılarak hesaplanabilir F_b = V_S × D × giçinde F_b kaldırma kuvveti, V_S daldırılan kısmın hacmi, D nesneyi çevreleyen sıvının yoğunluğu ve g yerçekimi. Bir nesnenin kaldırma kuvvetini nasıl belirleyeceğinizi öğrenmek için aşağıdaki 1. Adım ile başlayın.

Adımlar

Yöntem 1/2: Yüzer kuvvet denklemini kullanın

Hacmi bul nesnenin batık kısmı. Nesneye etki eden kaldırma kuvveti, doğrudan nesnenin batık hacim kısmı ile ilişkilidir. Başka bir deyişle, katı bir cismin bataryası ne kadar büyükse, kaldırma kuvveti o kadar güçlüdür. Yani, nesne tamamen sıvıya daldırılsa bile, üzerinde hala bir kaldırma kuvveti vardır. Bir nesneye etki eden kaldırma kuvvetini hesaplamaya başlamak için, ilk adım genellikle sıvıya batırılan hacim hacmini belirlemektir. Kayan kuvvet denkleminde bu değer m cinsinden yazılmalıdır.
- Sıvıya tamamen batmış bir nesne için, suya batırılan hacim nesnenin kendisinin hacmine eşit olacaktır. Sıvının süpernatanı için, sadece sıvının yüzeyinin altındaki hacim oranını dikkate alıyoruz.
- Örneğin, suda yüzen bir lastik topa etki eden kaldırma kuvvetini bulmak istediğimizi varsayalım. Eğer top 1 m çapında mükemmel bir küre ise ve tam olarak yarısı su altında yüzüyorsa, tüm topun hacmini hesaplayıp ikiye bölerek batık kısmın hacmini bulabiliriz. Kürenin hacmi (4/3) π (yarıçap) olduğundan, topun hacmi (4/3) π (0.5) = 0.524 m olacaktır. 0,524 / 2 = 0.262 m battı.
Sıvının yoğunluğunu bulun. Yüzen kuvveti bulmanın bir sonraki adımı, çevreleyen sıvının yoğunluğunu (kg / m cinsinden) belirlemektir. Yoğunluk, bir maddenin veya maddenin kütlesinin karşılık gelen hacmine oranıyla ölçülen bir miktardır. Eşit hacimli iki nesne ile, yoğunluğu daha yüksek olan nesne daha ağır olacaktır. Genel kural, bir sıvının yoğunluğu ne kadar yüksekse, içinde batan gövdeye o kadar fazla kaldırma kuvveti uygulayacağıdır. Sıvılarda, genellikle yoğunluğu belirlemenin en kolay yolu referanslardır.
- Yukarıdaki örnekte, top suda yüzüyor. Referans çalışma literatürü bize suyun belirli bir yoğunluğa sahip olduğunu söylüyor 1.000 kg / m.
- Birçok yaygın sıvının yoğunluğu teknik literatürde verilmiştir. Bu listeyi burada bulabilirsiniz.
Yerçekimini (veya aşağı yönde başka bir kuvvet) bulun. Bir nesne bir akışkanın içinde batsa da yüzse de, daima yerçekimi kuvveti altındadır. Aslında, bu aşağı yönlü kuvvet sabiti yaklaşık 9.81 Newton / kilogram. Bununla birlikte, radyal kuvvet gibi sıvıya ve cisme batan başka bir kuvvetin olduğu durumlarda, tüm sistem için toplam "aşağı" kuvveti hesaplarken bu kuvveti de dikkate almalıyız.
- Yukarıdaki örnekte, normal bir statik sistemimiz varsa, sıvı ve cisme etki eden tek aşağı yönlü kuvvetin standart yerçekimi olduğu varsayılabilir - 9.81 Newton / kilogram.
Hacmi yoğunluk ve yerçekimi ile çarpın. Nesne hacmi (m cinsinden), sıvı yoğunluğu (kg / m cinsinden) ve yerçekimi (veya Newton / Kilogram sisteminin aşağı yönlü kuvveti) değerlerine sahip olduğunuzda, yüzen kuvveti bulmak kolaylaşır. . Newton cinsinden yüzen kuvveti bulmak için bunları üç katına çıkarın.
- Değerleri F denklemine yerleştirerek örnek problemi çözün_b = V_S × D × g. F_b = 0.262 m × 1.000 kg / m × 9.81 N / kg = 2,570 Newton. Diğer birimler birbirlerini yok edecek ve geriye yalnızca Newton birimini bırakacaktır.
Yerçekimi ile karşılaştırarak nesnenin havada olup olmadığını belirleyin. Kaldırma kuvveti denklemini kullanarak, nesneyi sıvıdan dışarı iten kuvveti kolayca bulacaksınız. Bununla birlikte, fazladan bir adım atarsanız, malzemenin sıvının içinde yüzüp yüzmediğini veya battığını da belirleyebilirsiniz. Tüm vücuda etki eden kayan kuvveti bulun (yani, vücut V'nin tüm hacmini kullanın._S), sonra G = (nesnenin kütlesi) (9,81 m / s) denklemiyle nesneyi çeken yerçekimini bulun. Yüzen kuvvet yerçekiminden büyükse, nesne yüzer. Öte yandan, yerçekimi daha büyükse, nesne batacaktır. Bu iki kuvvet eşitse o zaman şunu söyleriz askıya alındı.
- Asılı bir nesne suyun üzerinde yüzmeyecek veya suda iken dibe batmayacaktır. Yüzey ile dip arasındaki sıvı içinde asılı kalacaktır.
- Örneğin 0,75 metre çapında ve 1,25 metre yüksekliğinde 20 kg'lık silindirik ahşap bir sandığın suda yüzüp yüzemeyeceğini bilmek istediğimizi varsayalım. Bu sorun için birkaç adım uygulamalıyız:
  - Birincisi, silindir hacmi V = π (yarıçap) (yükseklik) formülünü kullanarak hacmi bulmaktır. V = π (0,375) (1,25) = 0.55 m.
  - Sonra, standart yerçekimini ve suyun yoğunluğunu bildiğimizi varsayarsak, namluya etki eden kayan kuvveti çözeriz. 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 5,395,5 Newton.
  - Şimdi tahta sandıktaki yerçekimini bulmalıyız. G = (20 kg) (9,81 m / sn) = 196.2 Newton. Bu sonuç, kaldırma kuvvetinden çok daha küçüktür, bu nedenle namlu yüzer.
Akışkan bir gaz olduğunda aynı hesaplamayı kullanın. Kaldırma kuvveti ile ilgili problemleri çözerken, sıvının sıvı olması gerekmediğini unutmayın. Gazlar, diğer madde türlerine kıyasla çok küçük bir yoğunluğa sahip olmalarına rağmen sıvılar olarak da bilinir ve gaz yine de içindeki bazı yüzen nesneleri itebilir. Helyum balonu bunun kanıtıdır. Bir balonun içindeki helyum, etrafındaki sıvıdan (hava) daha hafif olduğu için, kabarcık uçup gidecektir! İlan

Yöntem 2/2: Yüzer kuvvet üzerinde basit bir deney gerçekleştirin

Küçük bir kaseyi daha büyük olana yerleştirin. Evde sadece birkaç nesne ile, pratikte kaldırma kuvvetinin etkilerini kolayca göreceksiniz. Bu deneyde, bir cisim suya daldırıldığında, su altındaki cismin hacmine eşit sıvı miktarının yerini aldığı için kaldırma kuvvetinin etkisine maruz kalacağını gösterdik. Deney yapma sürecinde, pratikte nesnenin yüzen kuvvetinin nasıl bulunacağını da gösteriyoruz. Önce, büyük bir kase veya kova su gibi daha büyük bir kaba bir kase veya fincan gibi küçük, kapaksız bir kap yerleştirin.
Küçük, kenardan kenara bir kabı suyla doldurun. Suyu dökmeden kenarına yakın bir yere dökmelisiniz. Bu aşamada dikkatli olun! Suyun taşmasına izin verirseniz, büyük kabı tamamen boşaltmalı ve yeniden başlamalısınız.
- Bu deney için suyun 1000 kg / m yoğunluğa sahip olduğunu varsayıyoruz. Tuzlu su veya tamamen farklı bir sıvı kullanmadığınız sürece çoğu suyun yoğunluğu bu referans değere yakın olduğundan sonuçlar etkilenmeyecektir.
- Bir damlalık varsa, suyu iç kaba damlatmak için kullanabilirsiniz, böylece su seviyesi kenara kadar çıkar.
Küçük bir nesneyi daldırın. Ardından, su hasarı olmayan küçük bir kaba rahatça sığabilecek bir nesne arayın. Bu nesnenin kilogram cinsinden ağırlığını bulun (ölçeği gram cinsinden okumak için kullanmalı ve sonra kilograma dönüştürmelisiniz). Ardından, yüzmeye başlayana kadar veya zar zor tutana kadar parmağınızı ıslatmadan nesneyi yavaşça suya bastırın ve ardından nesneyi bırakın. İç kabın kenarından dış kaba bir miktar su döküldüğünü görmelisiniz.
- Bu örnek için 0,05 kg'lık bir oyuncak arabayı iç kabına bastırdığımızı varsayalım. Bir sonraki adımda bileceğimiz gibi, kaldırma kuvvetini hesaplamak için arabanın hacmini bilmemize gerek yok.
Taşan su miktarını toplayın ve ölçün. Bir nesneyi suya bastırdığınızda, bir miktar suyun yerini alır - aksi takdirde onu suya daldırmanız için yer kalmaz. Suyu yolun dışına ittiğinde su itici ve kaldırma kuvveti yaratır. İç kaptan dökülen suyu toplayın ve küçük ölçü kabına dökün. Kaptaki su hacmi, suya batırılmış nesnenin hacmine eşit olmalıdır.
- Başka bir deyişle, cisim yüzüyorsa, taşan su hacmi, su yüzeyinin altına batırılan cismin hacmine eşit olacaktır. Nesne batarsa, taşan su hacmi tüm nesnenin hacmine eşit olacaktır.
Dökülen su miktarını hesaplayın. Suyun yoğunluğunu bildiğiniz ve bir ölçü kabında taşan suyun hacmini ölçebildiğiniz için su hacmini hesaplayacaksınız. Hacmi m'ye dönüştürün (bunun gibi bir çevrimiçi birim dönüştürücü burada yardımcı olabilir) ve suyu yoğunluğuyla (1.000 kg / m) çarpın.
- Yukarıdaki örnekte, oyuncak arabanın iç kabına daldırıldığını ve yaklaşık 2 yemek kaşığı (0.00003 m) su kapladığını varsayın. Su kütlesini bulmak için, bunu yoğunlukla çarpın: 1.000 kg / m × 0.00003 m = 0,03 kg.
Yer değiştirmiş suyun hacmini ve nesnenin kütlesini karşılaştırın. Artık hem batmış hem de yer değiştirmiş suyun kütlelerini bildiğinize göre, bu iki değeri karşılaştırın. Nesnenin kütlesi, yer değiştiren su hacminden büyükse, nesne batacaktır. Öte yandan, yer değiştiren suyun hacmi daha büyükse, nesne yüzecektir. Pratikte kaldırma prensibi budur - yüzen bir cisim için, cismin kendi kütlesinden daha büyük bir su kütlesinin yerini alması gerekir.
- Bu nedenle, hafif ancak hacmi büyük olan nesneler en iyi yüzen nesnelerdir. Bu özellik, içi boş nesnelerin çok iyi yüzebileceğini gösterir. Kanoya bir göz atalım - iyi yüzüyor çünkü içi boş, bu yüzden çok fazla su alabiliyor ama kütle çok ağır değil. Kano, içi kalın olsaydı yüzemezdi.
- Yukarıdaki örnekte, araç 0,03 kg yer değiştirmiş bir su kütlesinden 0,05 kg daha büyük bir kütleye sahiptir. Bu gözlemlediklerimizle aynı çizgide: araba battı.
İlan