Kako izračunati uzgon: 12 koraka (sa slikama)

Sadržaj:

Kako izračunati uzgon: 12 koraka (sa slikama)
Kako izračunati uzgon: 12 koraka (sa slikama)

Video: Kako izračunati uzgon: 12 koraka (sa slikama)

Video: Kako izračunati uzgon: 12 koraka (sa slikama)
Video: Реальная жизнь принцесс 😂🥴 #кринж #ЛёшаМавик #рисование #арт #painting #прикол #дисней #эльза 2024, Ožujak
Anonim

Uzgon je sila koja djeluje u smjeru suprotnom od smjera gravitacije i utječe na sve objekte potopljene u tekućinu. Kad se objekt stavi u tekućinu, njegova težina gura tekućinu (tekućinu ili plin), dok uzgonska sila gura objekt prema gore, djelujući protiv gravitacije. Općenito, ova se sila može izračunati jednadžbom ŽB = Vs × D × g, gdje je FB je uzgonska sila, Vs je potopljeni volumen, D je gustoća fluida u koji je predmet potopljen, a g je sila gravitacije. Da biste saznali kako odrediti uzgon objekta, pogledajte korak 1 za početak.

korake

Metoda 1 od 2: Korištenje jednadžbe uzgonske sile

Izračunajte uzgon 1. korak
Izračunajte uzgon 1. korak

Korak 1. Pronađite volumen potopljenog dijela objekta

Uzgonska sila koja djeluje na objekt izravno je proporcionalna volumenu objekta koji je potopljen. Drugim riječima, što je objekt čvršći, veća je sila uzgona koja na njega djeluje. To znači da čak i predmeti koji potonu u tekućini imaju silu koja ih gura prema gore. Za početak izračuna ovog intenziteta, prvi korak je odrediti volumen objekta koji je potopljen. Za jednadžbu ta vrijednost mora biti u metrima3.

  • Za objekte koji su potpuno uronjeni u tekućinu, potopljeni volumen je isti kao i objekt. Za one koji plutaju na površini fluida uzima se u obzir samo volumen ispod površine.
  • Kao primjer, recimo da želimo pronaći uzgonsku silu koja djeluje na gumenu kuglu koja pluta u vodi. Ako je lopta savršena kugla, promjera jednog metra i napola pluta u vodi, možemo pronaći volumen potopljenog dijela pronalaskom ukupnog volumena kugle i dijeljenjem s dva. Budući da je volumen kugle dat sa (4/3) π (polumjer)3, poznato je da ćemo imati rezultat (4/3) π (0, 5)3 = 0,524 metara3. 0, 524/2 = 0,262 metara3 potopljen.
Izračunajte uzgon 2. korak
Izračunajte uzgon 2. korak

Korak 2. Pronađite gustoću tekućine

Sljedeći korak u procesu pronalaženja uzgonske sile je definiranje gustoće (u kilogramima/metar)3) od kojih je objekt potopljen. Gustoća je mjera volumena predmeta ili tvari. S obzirom na dva objekta jednakog volumena, onaj veće gustoće teži je više. U pravilu, što je veća gustoća fluida, veća je i sila uzgona. S tekućinama je općenito lakše odrediti gustoću gledajući referentne materijale.

  • U našem primjeru, lopta pluta na vodi. Konzultirajući akademsku silu, možemo otkriti da je gustoća vode oko 1000 kilograma po metru3.
  • Gustoće drugih uobičajenih tekućina navedene su u inženjerskim izvorima. Njihov popis možete pronaći ovdje.
Izračunajte uzgon 3. korak
Izračunajte uzgon 3. korak

Korak 3. Pronađite silu gravitacije (ili drugu silu prema dolje)

Bez obzira je li objekt plutajući ili potpuno potopljen, uvijek je podložan sili gravitacije. U stvarnom svijetu ta stalna sila jednaka je 9, 81 Newtona/kilogram. Međutim, u situacijama kada druga sila, poput centrifuge, djeluje na tekućinu i potopljeni objekt, također se mora uzeti u obzir da se odredi ukupna sila prema dolje.

  • U našem primjeru, ako imamo posla s običnim i stacionarnim sustavom, možemo pretpostaviti da je jedina sila koja djeluje prema dolje sila teže spomenuta gore.
  • Međutim, što ako bi naša lopta plutala u kanti vode i vrtila se velikom brzinom u vodoravnom krugu? U ovom slučaju, pod pretpostavkom da se kanta okreće dovoljno brzo kako bi se osiguralo da i voda i kugla ne padnu, sila prema dolje u ovoj bi situaciji proizlazila iz centrifugalne sile nastale kretanjem kante, a ne gravitacije zemlje.
Izračunajte uzgon 4. korak
Izračunajte uzgon 4. korak

Korak 4. Pomnožite volumen × gustoću × gravitaciju

Kada imate vrijednosti za volumen vašeg objekta (u metrima) 3), gustoća vaše tekućine (u kilogramima/metar3) i silom gravitacije (ili silaznom silom vašeg sustava), lako je pronaći uzgonsku silu. Jednostavno pomnožite ove tri veličine da biste pronašli silu u newtonima.

Riješimo naš primjer zamjenom naših vrijednosti u jednadžbu FB = Vs × D × g. ŽB = 0,262 metra3 × 1000 kilograma/metar3 × 9, 81 newton/kilo = 2570 Newtona.

Izračunajte uzgon 5. korak
Izračunajte uzgon 5. korak

Korak 5. Otkrijte pluta li vaš objekt usporedbom sa silom gravitacije

Pomoću jednadžbe uzgonske sile lako je pronaći silu koja tjera objekt iz fluida u koji je potopljen. No, uz malo više rada, također je moguće utvrditi hoće li objekt plutati ili potonuti. Jednostavno pronađite uzgonsku silu za objekt (drugim riječima, upotrijebite cijeli volumen kao Vs), zatim pronađite silu gravitacije s jednadžbom G = (masa objekta) (9,81 metara/sekundu2). Ako je sila uzgona veća od gravitacije, objekt će plutati. Ali ako je sila gravitacije veća, ona će potonuti. Ako su jednaki, objekt se naziva "neutralnim".

  • Na primjer, recimo da želimo znati hoće li 20 kilograma teška drvena bačva promjera 0,75 metara i visine 1,25 metara plutati po vodi. To zahtijeva nekoliko koraka:

    • Njegov volumen možemo pronaći formulom V = π (polumjer)2(visina). V = π (0, 375)2(1, 25) = 0, 55 metara3.
    • Nakon toga, pretpostavljajući zadane vrijednosti gravitacije i gustoće vode, možemo odrediti uzgonsku silu na cijevi. 0, 55 metara3 × 1000 kilograma/metar3 × 9, 81 newton/kilo = 5395, 5 Newtona.
    • Sada moramo pronaći gravitacijsku silu na cijevi. G = (20 kg) (9,81 metara/sekundu)2) = 196, 2 Newtona. To je mnogo manje od sile uzgona, pa će cijev plutati.
Izračunajte uzgon 6. korak
Izračunajte uzgon 6. korak

Korak 6. Koristite istu tehniku kada je vaša tekućina plin

Prilikom rješavanja problema s tipom, ne zaboravite da tekućina ne mora biti tekućina. Plinovi se također smatraju tekućinama i, iako imaju manju gustoću u usporedbi s drugim vrstama tvari, još uvijek mogu podnijeti težinu nekih objekata. Dokaz tome je jednostavan balon s helijem. Budući da je plin balona manje gust od okolne tekućine, on pluta!

Metoda 2 od 2: Izvođenje jednostavnog eksperimenta uzgona

Izračunajte uzgon 7
Izračunajte uzgon 7

Korak 1. Stavite malu šalicu ili zdjelu u veću posudu

Uz nekoliko predmeta od kuće, lako je vidjeti načela uzgona na djelu! U ovom jednostavnom pokusu pokazat ćemo da potopljeni objekt doživljava potisak jer istiskuje volumen tekućine jednak volumenu potopljenog objekta. Pritom također pokazujemo kako pronaći snagu uzgona eksperimenta. Za početak, stavite manji spremnik, poput zdjele ili šalice, u veći spremnik, poput veće zdjele ili kante.

Izračunajte uzgon 8. korak
Izračunajte uzgon 8. korak

Korak 2. Napunite spremnik iznutra do ruba

Zatim veću posudu napunite vodom. Želite da razina vode bude do ruba bez prevrtanja. Budi oprezan! Ako se voda prolije, ispraznite veći spremnik prije ponovnog pokušaja.

  • Za ovaj eksperiment može se sa sigurnošću pretpostaviti da voda ima gustoću vode i da ima zadanu vrijednost od 1000 kg/metar3. Osim ako ne koristite slanu vodu ili drugu tekućinu, većina vrsta vode ima gustoću blizu referentne vrijednosti.
  • Ako imate kapaljku, može biti vrlo korisno provjeriti razinu vode u unutarnjem spremniku.
Izračunajte uzgon 9. korak
Izračunajte uzgon 9. korak

Korak 3. Potopite mali predmet

Sada pronađite mali predmet koji stane u unutarnji spremnik i neće ga oštetiti voda. Pronađite masu ovog predmeta u kilogramima (za to upotrijebite vagu). Zatim, bez smočenja prstiju, umočite predmet u vodu dok ne počne plutati ili ga više ne možete držati. Trebali biste primijetiti kako se voda iz unutarnjeg spremnika izlijeva u vanjski spremnik.

Za potrebe našeg primjera, recimo da stavljamo automobil igračku mase 0,05 kg u unutarnji spremnik. Ne moramo znati volumen automobila da bismo izračunali potisak, kao što ćemo vidjeti dalje

Izračunajte uzgon 10
Izračunajte uzgon 10

Korak 4. Prikupite i izmjerite prolivenu vodu

Kad potopite objekt u vodu, dolazi do istiskivanja vode; da nije, ne bi mu bilo mjesta za ulazak u vodu. Kada potiskuje tekućinu, voda se gura natrag, uzrokujući uzgon. Uzmite prolivenu vodu i stavite je u posudu za mjerenje. Volumen vode mora biti jednak volumenu potopljene vode.

Drugim riječima, ako vaš objekt pluta, volumen vode koju ste prolili bit će jednak volumenu predmeta potopljenog u vodu. Ako vaš predmet potone, volumen vode koju izlije jednak je volumenu cijelog objekta

Izračunajte uzgon 11. korak
Izračunajte uzgon 11. korak

Korak 5. Izračunajte težinu prolivene vode

Budući da znate gustoću vode i možete mjeriti volumen koji je proliven, možete pronaći masu. Jednostavno pretvorite glasnoću u metre3 (ovakav alat za pretvorbu na mreži može biti koristan) i pomnožiti ga s gustoćom vode (1000 kg/metar3).

U našem primjeru, recimo da su nam kolica potonula i istisnula se oko dvije žlice (0, 00003 metra)3). Da bismo pronašli masu vode, množimo s njenom gustoćom:: 1000 kilograma/metara3 × 0,0003 metara3 = 0,03 kilograma.

Izračunajte uzgon 12
Izračunajte uzgon 12

Korak 6. Usporedite pomaknuti volumen s masom predmeta

Sada kada znate potopljenu masu i pomaknutu masu, usporedite ih da vidite koja je veća. Ako je masa predmeta potopljenog u unutarnjoj posudi veća od mase istisnute vode, mora da je potonuo. Ali ako je istisnuta masa vode veća od toga, objekt je sigurno plutao. Ovo je princip uzgona; da bi objekt plutao, mora istisnuti masu vode veću od objekta.

  • Također, objekti manjih masa, ali većih volumena su objekti koji najviše plutaju. Ovo svojstvo znači da šuplji predmeti plutaju. Zamislite kanu; pluta jer je šuplja pa može istisnuti puno vode bez potrebe za velikom masom. Da su kanui čvrsti, ne bi dobro plutali.
  • U našem primjeru, automobil ima masu 0,05 kilograma, veću od istisnute vode, 0,03 kilograma. To potvrđuje naš rezultat: automobil tone.

Preporučeni: