نحوه محاسبه نیروی شناور: 12 مرحله (همراه با عکس) - نکات

ویدیو: راهنمای نصب و راه‌اندازی الکتروپمپ های شناور (قسمت اول)

محتوا

مراحل
مشاوره
آنچه شما نیاز دارید

نیروی شناور نیرویی است که در جهت مخالف گرانش بر روی یک جسم غوطه ور در مایع وارد می شود. وقتی جسمی در سیال قرار می گیرد ، وزن جسم به سمت پایین سیال (مایع یا گاز) را هل می دهد در حالی که شناوری جسم را به سمت بالا و در جهت مخالف گرانش هل می دهد. به طور کلی ، این شناوری با استفاده از معادلات قابل محاسبه است F_ب = V_S × D × g، که در آن F_ب شناوری است ، V_S حجم قسمت غوطه ور است ، D چگالی سیال اطراف جسم است و g گرانش است. برای یادگیری نحوه تعیین شناوری یک جسم ، با مرحله 1 زیر شروع کنید.

مراحل

روش 1 از 2: از معادله نیروی شناور استفاده کنید

میزان صدا را پیدا کنید قسمت غوطه ور شی. شناوری که بر روی جسم تأثیر می گذارد با قسمت حجم غوطه ور جسم ارتباط مستقیم دارد. به عبارت دیگر ، هرچه غرق شدن یک جسم جامد بزرگتر باشد ، قدرت شناوری روی آن بیشتر می شود. یعنی حتی اگر جسم کاملاً در مایع غوطه ور باشد ، باز هم یک شناوری روی آن تأثیر می گذارد. برای شروع محاسبه نیروی شناوری وارد بر جسم ، اولین مرحله معمولاً تعیین حجم حجمی است که در مایع خیسانده می شود. در معادله برای نیروی شناور ، این مقدار باید با m نوشته شود.
- برای جسمی که کاملاً در مایع غوطه ور شده باشد ، حجمی که غوطه ور است برابر با حجم خود جسم خواهد بود. برای مایع رویی مایع ، فقط کسر حجمی زیر سطح مایع را در نظر می گیریم.
- به عنوان مثال ، فرض کنید می خواهیم شناوری را که روی یک توپ لاستیکی در آب شناور است پیدا کنیم. اگر توپ یک کره کامل به قطر 1 متر باشد و دقیقاً با یک نیمه غوطه ور شناور باشد ، با محاسبه حجم کل توپ و تقسیم آن به نصف ، می توان حجم قسمت زیر آب را پیدا کرد. از آنجا که حجم کره (4/3) π (شعاع) است ، باید حجم توپ (4/3) π (0/5) = 0،524 متر باشد. 0.524 / 2 = 0.262 متر غرق شد.
چگالی مایع را پیدا کنید. گام بعدی برای یافتن نیروی شناور تعیین چگالی مایع اطراف آن (در کیلوگرم بر متر) است. چگالی کمیتی است که با نسبت جرم ماده یا ماده به حجم متناظر آن اندازه گیری می شود. برای دو جسم با حجم برابر ، جسم با تراکم بالاتر سنگین تر خواهد بود. قاعده کلی این است که هر چقدر تراکم مایعات بیشتر باشد ، شناوری روی جسمی که در آن غرق می شود بیشتر خواهد بود. با مایعات ، معمولاً ساده ترین راه برای تعیین تراکم از طریق منابع است.
- در مثال بالا ، توپ در آب شناور است. ادبیات مطالعه مرجع به ما می گوید که آب دارای تراکم خاصی است 1000 کیلوگرم در متر.
- تراکم بسیاری از مایعات رایج در ادبیات فنی آورده شده است. این لیست را می توانید در اینجا پیدا کنید.
گرانش (یا نیروی دیگری به سمت پایین) را پیدا کنید. چه جسمی در مایع غرق شود و چه شناور شود ، همیشه تحت نیروی جاذبه قرار می گیرد. در واقع ، این ثابت نیروی نزولی در حدود است 9.81 نیوتن / کیلوگرم. با این حال ، در مواردی که نیروی دیگری بر روی مایع وارد می شود و بدن در آن غرق می شود مانند نیروی شعاعی ، هنگام محاسبه کل نیروی "رو به پایین" برای کل سیستم نیز باید این نیرو را در نظر بگیریم.
- در مثال فوق ، اگر یک سیستم استاتیک نرمال داشته باشیم ، می توان فرض کرد که تنها نیروی رو به پایین که بر روی مایع و بدن وارد می شود ، گرانش استاندارد است - 9.81 نیوتن / کیلوگرم.
حجم را در تراکم و گرانش ضرب کنید. وقتی مقادیر مربوط به حجم جسم (در متر) ، چگالی سیال (در کیلوگرم در متر) و گرانش (یا نیروی رو به پایین سیستم نیوتن / کیلوگرم) را داشته باشید ، یافتن نیروی شناور آسان می شود. . به سادگی اینها را سه برابر کنید تا نیروی شناور را در نیوتن پیدا کنید.
- با اتصال مقادیر به معادله F مسئله مثال را حل کنید_ب = V_S × D × g F_ب = 0.262 متر × 1000 کیلوگرم در متر × 9.81 نیوتن بر کیلوگرم = 2570 نیوتن. واحدهای دیگر یکدیگر را نابود می کردند و فقط واحد نیوتن باقی می ماند.
با مقایسه با نیروی جاذبه ، دریابید که جسم شناور است یا نه. با استفاده از معادله شناوری ، به راحتی نیرویی را پیدا خواهید کرد که جسم را از مایع خارج می کند. با این حال ، اگر یک قدم دیگر بردارید ، می توانید تعیین کنید که مواد شناور هستند یا در مایعات فرو می روند. نیروی شناور وارد بر کل بدن را پیدا کنید (یعنی از کل حجم بدن V استفاده کنید)_S) ، سپس گرانشی را که جسم را با معادله G = (جرم جسم) (81/9 متر بر ثانیه) جذب می کند ، پیدا کنید. اگر نیروی شناور بیشتر از نیروی جاذبه باشد ، جسم شناور می شود. از طرف دیگر ، اگر گرانش بیشتر باشد ، آن جسم فرو خواهد رفت. اگر این دو نیرو برابر باشند ، ما چیز را می گوییم معلق.
- یک شی معلق در حالی که در آب است ، بالای آب شناور نخواهد شد و به پایین فرو نمی رود. در مایع بین سطح و کف معلق خواهد شد.
- به عنوان مثال ، فرض کنید می خواهیم بدانیم که آیا یک جعبه چوبی استوانه ای 20 کیلوگرمی با قطر 0.75 متر و ارتفاع 1.25 متر می تواند در آب شناور باشد؟ ما باید چندین مرحله برای این مشکل انجام دهیم:
  - اولین مورد ، یافتن حجم با استفاده از فرمول حجم سیلندر V = π (شعاع) (ارتفاع) است. V = π (0.375) (1.25) = 0.55 متر.
  - در مرحله بعدی ، با فرض اینکه ما از جاذبه استاندارد و چگالی آب آگاهی داریم ، برای نیروی شناور وارد بر بشکه حل می کنیم. 0.55 متر × 1000 کیلوگرم در متر × 9.81 نیوتن بر کیلوگرم = 5،395.5 نیوتن.
  - حال باید جاذبه ای را که بر روی جعبه چوبی عمل می کند ، دریابیم. G = (20 کیلوگرم) (9.81 متر در ثانیه) = 196.2 نیوتن. این نتیجه بسیار کمتر از نیروی شناوری است ، بنابراین بشکه شناور خواهد شد.
وقتی سیال گاز است از همان محاسبه استفاده کنید. هنگام حل مشکلات با شناوری ، فراموش نکنید که مایعات نباید مایع باشند. گازها همچنین به عنوان مایعات شناخته می شوند اگرچه در مقایسه با انواع دیگر مواد دارای تراکم بسیار کمی هستند و گاز هنوز هم می تواند برخی از اشیا flo شناور موجود در آن را دفع کند. حباب هلیوم شاهد این موضوع است. از آنجا که هلیوم موجود در یک حباب سبک تر از مایع اطراف آن (هوا) است ، حباب پرواز خواهد کرد! تبلیغات

روش 2 از 2: یک آزمایش ساده روی نیروی شناور انجام دهید

یک کاسه کوچک را در یک کاسه بزرگتر قرار دهید. فقط با چند اشیا in در خانه ، به راحتی می توانید اثرات شناوری را در عمل مشاهده کنید. در این آزمایش ، ما نشان می دهیم که وقتی جسمی غرق شود ، از اثر شناوری رنج خواهد برد ، زیرا جای مقدار سیالی را می گیرد که برابر با حجم جسم غوطه ور است. در روند انجام آزمایشات ، ما همچنین نشان می دهیم که چگونه نیروی شناور جسم را در عمل پیدا کنیم. ابتدا یک ظرف کوچک و بدون کلاه مانند یک کاسه یا فنجان را در یک ظرف بزرگتر مانند یک کاسه بزرگ یا یک سطل آب قرار دهید.
ظرف کوچک لبه به لبه را با آب پر کنید. باید آب را بدون ریختن نزدیک لبه بریزید. در این مرحله مراقب باشید! اگر اجازه دهید آب از آن سرریز شود ، باید ظرف بزرگ را کاملاً خالی کرده و از ابتدا شروع کنید.
- برای این آزمایش ، تصور می کنیم که چگالی آب 1000 کیلوگرم در متر باشد. تا زمانی که از آب نمک یا مایع کاملاً متفاوتی استفاده نکنید ، اکثر آبها چگالی نزدیک به این مقدار مرجع دارند بنابراین نتایج تحت تأثیر قرار نمی گیرند.
- اگر قطره چکان دارید ، می توانید از آن برای آب انداختن در ظرف داخلی استفاده کنید تا سطح آب تا لبه باشد.
یک جسم کوچک را غوطه ور کنید. در مرحله بعد ، به دنبال جسمی بگردید که بتواند به راحتی در یک ظرف کوچک و بدون آسیب به آب قرار بگیرد. وزن را بر حسب کیلوگرم از این جسم پیدا کنید (باید از مقیاس قرائت به گرم استفاده کنید و سپس آن را به کیلوگرم تبدیل کنید). سپس بدون اینکه انگشت خود را خیس کنید ، آب را به آرامی فشار دهید تا جایی که شروع به شناور شدن می کند یا به سختی می توانید آن را نگه دارید و سپس آن را آزاد کنید. باید ببینید که مقداری آب از لبه ظرف داخلی به داخل ظرف خارجی ریخته شده است.
- برای این مثال ، فرض کنید ما در حال فشار دادن یک ماشین اسباب بازی 0.05 کیلویی به داخل ظرف داخلی آن هستیم. برای محاسبه شناوری نیازی به دانستن حجم خودرو نداریم ، همانطور که در مرحله بعدی خواهیم فهمید.
سرریز آب را جمع آوری و اندازه گیری کنید. وقتی یک شی را به آب فشار می دهید ، جای مقداری آب می گیرد - در غیر اینصورت جایی برای غوطه وری در آب وجود ندارد. وقتی آب را از مسیر خارج می کند ، آب دفع می شود و باعث ایجاد شنا می شود. آب ریخته شده را از ظرف داخلی جمع کنید و آن را در یک فنجان کوچک اندازه گیری بریزید. حجم آب در فنجان باید برابر با حجم جسم غوطه ور باشد.
- به عبارت دیگر ، اگر جسم شناور باشد ، حجم سرریز آب برابر با حجم جسم غوطه ور در زیر سطح آب خواهد بود. اگر جسم غرق شود ، حجم آب سرریز شده برابر با حجم کل جسم است.
مقدار آب ریخته شده را محاسبه کنید. از آنجا که دانسیته آب را می دانید و می توانید حجم آب پرشده در یک فنجان اندازه گیری را اندازه گیری کنید ، حجم آب را محاسبه خواهید کرد. حجم را به m تبدیل کنید (مبدل واحد آنلاین مانند این که می تواند در اینجا کمک کند) و آنرا در تراکم آب (1000 کیلوگرم در متر) ضرب کنید.
- در مثال بالا ، تصور کنید ماشین اسباب بازی در ظرف داخلی خود غوطه ور است و حدود 2 قاشق غذاخوری (0.00003 متر) آب را اشغال می کند. برای یافتن جرم آب ، این را در تراکم ضرب کنید: 1000 کیلوگرم در متر 00 0.00003 متر = 0.03 کیلوگرم.
حجم آب جابجا شده و جرم جسم را مقایسه کنید. اکنون که توده های آب غوطه ور و آواره را شناختید ، این دو مقدار را با یکدیگر مقایسه کنید. اگر جرم جسم از حجم آب جابجا شده بیشتر باشد ، جسم فرو می رود. از طرف دیگر ، اگر حجم حجم آب جابجا شده بیشتر باشد ، آن جسم شناور می شود. این اصل شناوری در عمل است - برای یک جسم شناور باید جرم آب بزرگتر از جسم بدن را جابجا کند.
- از این رو اجسامی که دارای وزن کم اما دارای حجم زیادی هستند بهترین اجسام شناور هستند. این ویژگی نشان می دهد که اجسام توخالی می توانند به خوبی شناور شوند. بیایید نگاهی به کانو بیندازیم - این شناور به خوبی شناور است زیرا در داخل آن توخالی است ، بنابراین می تواند مقدار زیادی آب مصرف کند اما جرم آن خیلی سنگین نیست. اگر قایق رانی در داخل آن ضخیم باشد ، نمی تواند به خوبی شناور شود.
- در مثال بالا ، وسیله نقلیه با جرم 0.05 کیلوگرم بیشتر از حجم آب جابجا شده 0.03 کیلوگرم است. این با آنچه مشاهده می کنیم مطابقت دارد: ماشین غرق شده است.
تبلیغات