Cách tính lực đẩy: 12 bước (có hình ảnh) - LờI Khuyên

NộI Dung

Các bước
Lời khuyên
Vật liệu cần thiết

Lực đẩy là lực tác dụng ngược hướng với phương của trọng lực tác dụng lên mọi vật chìm trong chất lỏng. Khi một vật được đặt trong chất lỏng, trọng lượng của nó đẩy chất lỏng (chất lỏng hoặc chất khí), trong khi lực nổi đẩy vật lên trên, tác dụng ngược lại trọng lực. Nói chung, lực này có thể được tính bằng phương trình F_B = V_S × D × g, nơi F_B là lực nổi, V_S là thể tích phần chìm trong nước, D là khối lượng riêng của chất lưu mà vật bị ngập trong nước và g là trọng lực. Để tìm hiểu cách xác định lực đẩy của vật thể, hãy xem bước 1 để bắt đầu.

Các bước

Phương pháp 1/2: Sử dụng phương trình lực nổi

Tìm khối lượng của phần chìm của vật thể. Lực nổi tác dụng lên vật tỉ lệ thuận với thể tích vật bị ngập nước. Nói cách khác, vật càng rắn thì lực nổi tác dụng lên nó càng lớn. Điều này có nghĩa là ngay cả những vật chìm trong chất lỏng cũng có một lực đẩy chúng lên trên. Để bắt đầu tính cường độ này, bước đầu tiên là xác định thể tích của vật bị ngập nước. Đối với phương trình, giá trị này phải tính bằng mét.
- Đối với vật ngập hoàn toàn trong chất lưu thì thể tích phần chìm bằng vật. Đối với những người đang nổi trên bề mặt của chất lỏng, chỉ có thể tích dưới bề mặt được coi là.
- Ví dụ, giả sử rằng chúng ta muốn tìm lực nổi tác dụng lên một quả bóng cao su nổi trong nước. Nếu quả cầu là một khối cầu hoàn hảo, có đường kính một mét và nổi một nửa trong nước, ta có thể tìm thể tích của phần chìm bằng cách tìm tổng thể tích của quả cầu và chia cho hai. Vì thể tích của quả cầu được cho bởi (4/3) π (bán kính), nên biết rằng chúng ta sẽ có kết quả là (4/3) π (0,5) = 0,524 mét. 0,524 / 2 = Ngập 0,262 mét.
Tìm khối lượng riêng của chất lỏng của bạn. Bước tiếp theo trong quá trình tìm lực nổi là xác định mật độ (tính bằng kilôgam / mét) mà vật thể đó bị nhấn chìm. Khối lượng riêng là thước đo của một vật hoặc trọng lượng tương đối của chất đó theo thể tích. Cho hai vật có thể tích bằng nhau, vật có khối lượng riêng lớn nhất thì nặng nhất. Theo quy luật, khối lượng riêng của chất lỏng càng lớn thì lực nổi mà nó tác dụng càng lớn. Với chất lỏng, nhìn chung dễ dàng xác định tỷ trọng hơn bằng cách xem các tài liệu tham khảo.
- Trong ví dụ của chúng ta, quả bóng đang trôi trong nước. Tham khảo ý kiến của một lực lượng học thuật, chúng ta có thể thấy rằng tỷ trọng của nước là khoảng 1000 kilo / mét.
- Mật độ của các chất lỏng thông thường khác được liệt kê trong các nguồn kỹ thuật. Danh sách như vậy có thể được tìm thấy ở đây.
Tìm lực hấp dẫn (hoặc một lực hướng xuống khác). Dù vật nổi hay chìm hoàn toàn thì vật đó luôn chịu tác dụng của trọng lực. Trong thế giới thực, lực không đổi này bằng 9,81 Newton / kg. Tuy nhiên, trong các tình huống mà một lực khác, chẳng hạn như máy ly tâm, đang tác dụng lên chất lỏng và vật chìm, chúng cũng phải được xem xét để xác định tổng lực hướng xuống.
- Trong ví dụ của chúng ta, nếu chúng ta đang xử lý một hệ thống bình thường và đứng yên, chúng ta có thể giả định rằng lực duy nhất tác động xuống là lực hấp dẫn đã đề cập ở trên.
- Tuy nhiên, điều gì sẽ xảy ra nếu quả bóng của chúng ta đang lơ lửng trong một xô nước, quay với tốc độ lớn trong một vòng tròn nằm ngang? Trong trường hợp này, giả sử rằng xô quay đủ nhanh để đảm bảo cả nước và quả bóng không rơi xuống, lực hướng xuống trong trường hợp này sẽ xuất phát từ lực ly tâm tạo ra bởi chuyển động của xô, không phải bởi trọng lực của trái đất.
Nhân khối lượng × mật độ × trọng lực. Khi bạn có các giá trị về thể tích của vật thể (tính bằng mét), khối lượng riêng của chất lỏng (tính bằng pound / mét) và lực hấp dẫn (hoặc lực hướng xuống của hệ), việc tìm lực nổi rất dễ dàng. Đơn giản chỉ cần nhân ba đại lượng này để tìm lực theo niutơn.
- Hãy giải ví dụ của chúng tôi bằng cách thay thế các giá trị của chúng tôi trong phương trình F_B = V_S × D × g. F_B = 0,262 mét × 1000 kilo / mét × 9,81 newtons / kilo = 2570 Newton.
Tìm hiểu xem vật của bạn có nổi hay không bằng cách so sánh nó với lực hấp dẫn. Sử dụng phương trình lực nổi, có thể dễ dàng tìm được lực đẩy một vật ra khỏi chất lỏng mà vật đó chìm trong nước. Tuy nhiên, với một chút công việc, bạn cũng có thể xác định xem vật thể sẽ nổi hay chìm. Đơn giản chỉ cần tìm lực đẩy của vật thể (nói cách khác, sử dụng toàn bộ thể tích của nó là V_S), sau đó tìm công của trọng lực với phương trình G = (khối lượng của vật) (9,81 mét / giây). Nếu lực nổi lớn hơn trọng lực, vật sẽ nổi. Nhưng nếu lực hấp dẫn lớn hơn, nó sẽ chìm. Nếu chúng giống nhau, đối tượng được cho là "trung tính".
- Ví dụ, giả sử chúng ta muốn biết một thùng gỗ hình trụ nặng 20 kg có đường kính 0,75 mét và chiều cao 1,25 mét sẽ nổi trong nước hay không. Điều này yêu cầu một vài bước:
  - Chúng ta có thể tìm thể tích của nó với công thức V = π (bán kính) (chiều cao). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 mét.
  - Sau đó, giả sử các giá trị mặc định cho trọng lực và mật độ nước, chúng ta có thể xác định lực nổi trong thùng. 0,55 mét × 1000 kilo / mét × 9,81 newtons / kilo = 5395,5 Newton.
  - Bây giờ, chúng ta cần tìm lực hấp dẫn trong thùng. G = (20 kg) (9,81 mét / giây) = 196,2 Newton. Nó nhỏ hơn nhiều so với lực nổi, vì vậy thùng sẽ nổi.
Sử dụng kỹ thuật tương tự khi chất lỏng của bạn là chất khí. Khi giải các bài toán ripo, hãy nhớ rằng chất lỏng không nhất thiết phải là chất lỏng. Chất khí cũng được coi là chất lỏng và mặc dù có mật độ thấp hơn so với các loại vật liệu khác, chúng vẫn có thể hỗ trợ trọng lượng của một số vật thể. Một quả bóng khí heli đơn giản là bằng chứng cho điều đó. Vì khí trong quả bóng ít đặc hơn chất lỏng xung quanh nên nó nổi!

Cách 2/2: Thực hiện thí nghiệm đơn giản về lực đẩy

Đặt một cốc hoặc bát nhỏ vào một hộp lớn hơn. Với một số đồ gia dụng, bạn có thể dễ dàng nhận thấy các nguyên tắc hoạt động của lực nổi! Trong thí nghiệm đơn giản này, chúng ta sẽ chứng minh rằng một vật thể chìm dưới nước trải qua lực nổi, khi nó dịch chuyển một thể tích chất lỏng bằng thể tích của vật thể ngập nước. Trong khi làm điều này, chúng tôi cũng chứng minh cách tìm lực nổi của một thí nghiệm. Để bắt đầu, hãy đặt một vật chứa nhỏ, chẳng hạn như bát hoặc cốc, vào một vật chứa lớn hơn, chẳng hạn như bát hoặc xô lớn hơn.
Đổ đầy thùng chứa từ bên trong ra ngoài. Sau đó, đổ đầy nước vào thùng lớn hơn. Bạn muốn mực nước cao hơn mép mà không bị nghiêng. Hãy cẩn thận! Nếu bạn làm đổ nước, hãy đổ hết nước trong thùng lớn hơn trước khi thử lại.
- Đối với thí nghiệm này, có thể an toàn khi cho rằng nước có tỷ trọng của nước có giá trị tiêu chuẩn là 1000 kilôgam / mét. Trừ khi bạn đang sử dụng nước muối hoặc một chất lỏng khác, hầu hết các loại nước có tỷ trọng gần với tham chiếu.
- Nếu bạn có ống nhỏ giọt, nó có thể rất hữu ích để kiểm tra mực nước trong vật chứa bên trong.
Dìm một vật nhỏ. Bây giờ, hãy tìm một vật nhỏ nằm gọn trong hộp đựng bên trong và sẽ không bị nước làm hỏng. Tìm khối lượng của vật này bằng ki-lô-gam (dùng cân cho trường hợp này). Sau đó, không để ngón tay bị ướt, hãy nhúng đồ vật vào nước cho đến khi nó bắt đầu nổi lên hoặc bạn không thể cầm được nữa. Bạn sẽ thấy nước từ thùng bên trong tràn ra thùng bên ngoài.
- Đối với mục đích của ví dụ của chúng tôi, giả sử rằng chúng tôi đang đặt một chiếc xe đẩy đồ chơi có khối lượng 0,05 kg vào bên trong hộp đựng bên trong. Chúng ta không cần biết khối lượng của chiếc xe để tính lực đẩy, như chúng ta sẽ thấy ở phần tiếp theo.
Thu thập và đo lượng nước bạn đã đổ. Khi bạn nhấn chìm một vật trong nước, sự dịch chuyển của nước xảy ra; nếu không, sẽ không có chỗ cho anh ta xuống nước. Khi anh ta đẩy chất lỏng, nước đẩy lại, gây ra lực đẩy. Lấy phần nước mà bạn đã đổ ra và cho vào cốc đong. Thể tích phần nước phải bằng thể tích phần chìm.
- Nói cách khác, nếu vật của bạn nổi, thể tích nước mà bạn đổ ra sẽ bằng thể tích của vật chìm trong nước. Nếu vật của bạn chìm xuống thì thể tích nước mà nó tràn ra bằng thể tích của cả vật.
Tính trọng lượng của phần nước bị đổ. Vì bạn biết khối lượng riêng của nước và có thể đo thể tích bị tràn, bạn có thể tìm được khối lượng. Đơn giản chỉ cần chuyển đổi thể tích sang mét (một công cụ chuyển đổi trực tuyến, như công cụ này, có thể hữu ích) và nhân với mật độ của nước (1000 kilo / mét).
- Trong ví dụ của chúng tôi, giả sử rằng giỏ hàng của chúng tôi bị chìm và di chuyển khoảng hai muỗng canh (0,00003 mét).Để tìm khối lượng của nước, chúng ta nhân nó với mật độ của nó:: 1000 kilo / mét × 0,00003 mét = 0,03 kg.
So sánh khối lượng bị dịch chuyển với khối lượng của vật. Bây giờ bạn đã biết khối lượng chìm và khối lượng bị dịch chuyển, hãy so sánh chúng để xem cái nào lớn hơn. Nếu khối lượng của vật ngập trong bình chứa bên trong lớn hơn khối lượng nước bị dời chỗ thì vật đó phải bị chìm. Nhưng nếu khối lượng dịch chuyển của nước lớn hơn, thì vật đó phải nổi. Đây là nguyên tắc của sự nổi; Để một vật nổi, nó phải dịch chuyển một khối lượng nước lớn hơn khối lượng của vật đó.
- Tuy nhiên, những vật có khối lượng thấp hơn nhưng thể tích lớn hơn là những vật nổi nhất. Thuộc tính này có nghĩa là các vật thể rỗng nổi. Hãy nghĩ về một chiếc ca nô; nó nổi bởi vì nó rỗng, vì vậy nó có thể di chuyển nhiều nước, mà không cần phải có một khối lượng lớn. Nếu ca nô là rắn, chúng sẽ không nổi.
- Trong ví dụ của chúng ta, chiếc ô tô có khối lượng 0,05 kg, lớn hơn khối lượng của nước là 0,03 kg. Điều này xác nhận kết quả của chúng tôi: chiếc xe chìm.