Hoe een drijfvermogen te berekenen (met foto`s)

Drijfvermogen is de kracht die tegenover de zwaarte van de zwaartekracht werkt die van invloed is op alle objecten die in een vloeistof zijn ondergedompeld. Wanneer een voorwerp in een vloeistof wordt geplaatst, duwt het gewicht van het object op de vloeistof (vloeistof of gas) terwijl een opwaartse drijfkracht naar boven drukt op het voorwerp, handelt tegen de zwaartekracht. In het algemeen kan deze drijfkracht worden berekend met de vergelijking V_b = V_s × D × g, waar f_b is de drijfkracht die op het object handelt, v_s is het ondergedompeld volume van het object, D is de dichtheid van de vloeistof die het object is ondergedompeld, en G is de zwaartekracht. Zie Stap 1 om te bepalen hoe u een object van een object kunt bepalen.

Stappen

Methode 1 van 2:

Gebruik van de Drijfkrachtvergelijking

Zoek het volume van het ondergedompelde deel van het object. De kracht van het drijfvermogen dat handelt op een object recht evenredig is met het volume van het ondergedompeld object. Met andere woorden, hoe meer een solide object dat is ondergedompeld, hoe groter de kracht van het drijfvermogen dat erop handelt. Dit betekent dat zelfs voorwerpen die in vloeistof in de gaten een drijfdienst hebben die op hen naar boven duwt. Om te beginnen met het berekenen van de drijfkracht die werkt op een object, moet uw eerste stap in het algemeen zijn om het volume van het object dat in vloeistof is ondergedompeld te bepalen. Voor de Duoyancy Force-vergelijking moet deze waarde in meters zijn.

Voor objecten die volledig zijn ondergedompeld in vloeistof, is het ondergedompelde volume gelijk aan het volume van het object zelf. Voor objecten die op het oppervlak van een vloeistof drijven, wordt alleen het volume onder het oppervlak van de vloeistof overwogen.
Laten we als voorbeeld zeggen dat we de drijfkracht willen vinden die handelt op een rubberen bal die in water drijft. Als de bal een perfecte bol is met een diameter van 1 meter (3.3 ft) En het drijft precies halverwege ondergedompeld in het water, we kunnen het volume van het ondergedompelde deel vinden door het volume van de hele bal te vinden en het in de helft te verdelen. Omdat het volume van een bol (4/3) π (straal) is, weten we dat het volume van onze bal is (4/3) π (0.5) = 0.524 meter. 0.524/2 = 0.262 meter ondergedompeld.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 2

Zoek de dichtheid van je vloeistof. De volgende stap in het proces van het vinden van de drijfkracht is om de dichtheid (in kilogram / meter) van de vloeistof te definiëren die het object is ondergedompeld. Dichtheid is een maat voor het gewicht van een object of een substantie ten opzichte van het volume. Gegeven twee objecten van hetzelfde volume, zal het object met de hogere dichtheid meer wegen. In de regel wordt de hogere de dichtheid van het fluïdum een object ondergedompeld, hoe groter de kracht van het drijfvermogen. Met vloeistoffen is het meestal het gemakkelijkst om dichtheid te bepalen door het in referentiematerialen op te zoeken.

In ons voorbeeld zweeft onze bal in water. Door een academische bron te raadplegen, kunnen we vinden dat er water een dichtheid van ongeveer heeft 1.000 kilogram / meter.

De dichtheden van vele andere gemeenschappelijke vloeistoffen worden vermeld in engineeringbronnen. Een dergelijke lijst is te vinden hier.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 3

3. Vind de zwaartekracht (of een andere neerwaartse kracht). Of een object zakt of drijft in de vloeistof die wordt ondergedompeld, het is altijd onderworpen aan de zwaartekracht. In de echte wereld is deze constante neerwaartse kracht gelijk aan 9.81 NEWTONS / KILOGRAM. In situaties waarin een andere kracht echter, zoals centrifugaalkracht, op het fluïdum en het ondergedompelde object handelt, moet dit ook in aanmerking worden genomen om het totaal te bepalen "naar beneden" Force voor het hele systeem.

In ons voorbeeld, als we te maken hebben met een gewoon, stationair systeem, kunnen we aannemen dat de enige neerwaartse kracht die werkt op het fluïdum en het object de standaardkracht van de zwaartekracht is - 9.81 NEWTONS / KILOGRAM.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 4

4. Vermenigvuldig volume × dichtheid × zwaartekracht. Wanneer u waarden hebt voor het volume van uw object (in meters), de dichtheid van uw fluïdum (in kilogram / meter) en de zwaartekracht (of de neerwaartse kracht van uw systeem in Newton / Kilogram), het vinden van de drijfkracht is makkelijk. Vermenigvuldig deze 3 hoeveelheden om de kracht van het drijfvermogen in Newtons te vinden.

Laten we ons voorbeeldprobleem oplossen door onze waarden in de vergelijking te stoppen_b = V_s × D × g. V_b = 0.262 meter × 1.000 kilogram / meter × 9.81 NEWTONS / KILOGRAM = 2.570 newtons. De andere eenheden annuleren elkaar en verlaten u met Newton.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 5

5. Zoek of uw object drijft door te vergelijken met de zwaartekrachtkracht. Met behulp van de Duoyancy Force-vergelijking is het eenvoudig om de kracht te vinden die een voorwerp uit de vloeistof duwt, het is ondergedompeld. Echter, met een beetje extra werk, is het ook mogelijk om te bepalen of het object zal drijven of gootsteen. Zoek eenvoudig de drijfkracht voor het hele object (met andere woorden, gebruik het volledige volume als v_s), zoek dan de zwaartekracht die het duwt met de vergelijking G = (massa van object) (9.81 meter / seconde). Als de kracht van het drijfvermogen groter is dan de zwaartekracht, zal het object drijven. Aan de andere kant, als de zwaartekracht groter is, zal het zinken. Als ze gelijk zijn, wordt het object dat is neutraal boksant.

Een neutraal drijvend object drijft niet naar het oppervlak of zakt naar beneden wanneer het in water is. Het wordt gewoon in het fluïdum geschorst tussen de boven- en onderkant.

Laten we bijvoorbeeld zeggen dat we willen weten of een cilindrische houten vat van 20 kilogram met een diameter van .75 meter (2.5 ft) en een hoogte van 1.25 meter (4.1 ft) zal in water zweven. Dit kost verschillende stappen:

We kunnen zijn volume vinden met de cilindrische volume-formule v = π (radius) (hoogte). V = π (.375) (1.25) = 0.55 meter.

Vervolgens uitgaande van gewone zwaartekracht en water met gewone dichtheid, kunnen we oplossen voor de kracht van het drijfvermogen op het vat. 0.55 meter × 1000 kilogram / meter × 9.81 NEWTONS / KILOGRAM = 5.395.5 newtons.

Nu moeten we de zwaartekracht op het vat vinden. G = (20 kg) (9.81 meter / seconde) = 196.2 newtons. Dit is veel minder dan de drijfkracht, dus het vat zal drijven.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 6

6. Gebruik dezelfde aanpak wanneer je fluïdum een gas is. Bij het uitvoeren van drijfproblemen, vergeet niet dat het fluïdum dat het object is ondergedompeld, niet noodzakelijkerwijs een vloeistof moet zijn. Gassen tellen ook als vloeistoffen, en hoewel ze zeer lage dichtheden hebben in vergelijking met andere soorten materie, kan nog steeds het gewicht ondersteunen van bepaalde objecten die in hen drijven. Een eenvoudige heliumballon is hiervan bewijs. Omdat het gas in de ballon minder dicht is dan de vloeistof eromheen (gewone lucht), drijft het!

Methode 2 van 2:

Het uitvoeren van een eenvoudig drijfexperiment

1. Plaats een kleine kom of beker in een grotere. Met een paar huishoudelijke artikelen is het gemakkelijk om de principes van drijfvermogen in actie te zien! In dit eenvoudige experiment zullen we aantonen dat een ondergedompeld object drijfvermogen ervaart omdat het een volume fluïdum verment gelijk aan het volume van het ondergedompelde object. Zoals we dit doen, demonstreren we ook hoe we praktisch de drijfkracht van een object met dit experiment kunnen vinden. Begin, plaats een kleine open container, zoals een kom of een beker, in een grotere container, zoals groot een kom of een emmer.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 8

2. Vul de binnencontainer aan de rand. Vul vervolgens de kleine binnencontainer met water. U wilt dat het waterniveau boven de bovenkant van de container staat zonder te morsen. Wees voorzichtig hier! Als u water met water maalt, legt u de grotere container leeg voordat u opnieuw probeert.

Voor de doeleinden van dit experiment is het veilig om aan te nemen dat water een standaarddichtheid van 1000 kilogram / meter heeft. Tenzij u zout water of een andere vloeistof volledig gebruikt, hebben de meeste soorten water een dichtheid die dichtbij genoeg is voor deze referentiewaarde dat elk minder verschil onze resultaten niet zal wijzigen.

Als je een eyedropper handig hebt, kan dit heel nuttig zijn om het water in de binnencontainer nauwkeurig te nivelleren.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 9

3. Een klein voorwerp onderdompelen. Zoek vervolgens een klein voorwerp dat in de binnencontainer kan passen en zal niet worden beschadigd door water. Vind de massa van dit object in Kilogram (misschien wil je een schaal of balans gebruiken die je gram kan geven en om te zetten tot kilogrammen). Dan, zonder je vingers nat te laten, duikt dit langzaam en gestaag in het water totdat het begint te zweven of je kunt er gewoon nauwelijks vasthouden, dan. Je moet een deel van het water in de binnencontainer merken over de rand in de buitencontainer.

Voor de doeleinden van ons voorbeeld, laten we zeggen dat we een speelgoedauto verlagen met een massa van 0.05 kilogram in de binnencontainer. We hoeven het volume van deze auto niet te kennen om zijn drijfvermogen te berekenen, zoals we zullen zien in de volgende stap.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 10

4. Verzamel en meet het water dat overloopt. Wanneer u een voorwerp in water onderdompelt, verplaatst het een deel van het water - als dat niet het geval is, zou er geen ruimte zijn om het water binnen te gaan. Wanneer het dit water uit de weg duwt, duwt het water terug, wat resulteert in drijfvermogen. Neem het water dat uit de binnencontainer is gemorst en giet het in een kleine glazen meetbeker.Het volume water in de beker moet gelijk zijn aan het volume van het ondergedompelde object.

Met andere woorden, als uw object drijft, wordt het volume van het water dat overspoelt, gelijk is aan het volume van het ondergedompeld ondergedompeld onder het oppervlak van het water. Als uw object zonk, wordt het volume van het water dat overspoelt, gelijk is aan het volume van het volledige object.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 11

5. Bereken het gewicht van het gemorste water. Omdat je de dichtheid van water kent en je het volume van het water hebt gemeten dat in de meetbeker is gemorst, kun je zijn massa vinden. Converteer eenvoudig het volume naar de meters (een online conversietool, zoals deze, kan hier nuttig zijn) en vermenigvuldig het door de dichtheid van water (1.000 kilogram / meters).

Laat in ons voorbeeld zeggen dat onze speelgoedauto in de binnencontainer wordt gezonken en ongeveer twee eetlepels verplaatst (.00003 meter). Om de massa van ons water te vinden, zouden we dit vermenigvuldigen door de dichtheid: 1.000 kilogram / meters × .00003 meters = 0.03 kilogram.

Titel afbeelding Bereken drijfvermogen Stap 12

6. Vergelijk de mislukking van de ontheemde water naar de massa van het object. Nu u de massa kent van zowel het object die u ondergedompeld is in water en de massa van het water dat het wordt verplaatst, vergelijk ze om te zien wat groter is. Als de massa van het ondergedompeld in de binnencontainer groter is dan die van het ontheemden water, zou het moeten worden gezonken. Aan de andere kant, als de massa van het ontheemden water groter is, had het object moeten drijven. Dit is het principe van het drijfvermogen in actie - voor een object dat boyant (float) is, moet het een hoeveelheid water verplaatsen met een massa groter dan die van het object zelf.

Dus objecten met lage massa`s, maar grote volumes zijn de meest drijvende soorten objecten. Dit pand betekent holle objecten zijn vooral drijvend. Denk aan een kano - het drijft goed omdat het in de binnenkant holle is, dus het is in staat om veel water te verplaatsen zonder een zeer hoge massa te hebben. Als kano`s solide waren, zouden ze helemaal niet goed zweven.

In ons voorbeeld heeft de auto een hogere massa (0.05 kilogram) dan het water dat het ontheemde (0.03 kilogram). Deze regelt bij wat we waargenomen: de auto zonk.