Sådan beregnes tryk: 12 trin (med billeder) - Tips

Indhold

Steps
Tips
Nødvendige materialer

Skub er den kraft, der virker i den modsatte retning af tyngdekraften, der påvirker alle genstande nedsænket i en væske. Når en genstand anbringes i en væske, skubber dens vægt væsken (væske eller gas), mens den drivende kraft skubber genstanden opad og virker mod tyngdekraften. Generelt kan denne kraft beregnes ved hjælp af ligningen F_B = V_s × D × g, hvor F_B er den drivende kraft, V_s er det neddykkede volumen, D er densiteten af det fluid, hvori objektet er nedsænket, og g er tyngdekraften. Se trin 1 for at komme i gang for at lære, hvordan du bestemmer objektets drivkraft.

Steps

Metode 1 af 2: Brug af flyvekraftligningen

Find lydstyrken af objektets nedsænkede del. Den flydende kraft, der virker på et objekt, er direkte proportional med volumen af det objekt, der er nedsænket. Med andre ord, jo mere solid genstand, jo større er den drivende kraft, der virker på den. Dette betyder, at selv genstande, der synker ned i en væske, har en kraft, der skubber dem opad. For at begynde at beregne denne intensitet er det første trin at bestemme lydstyrken på det objekt, der er nedsænket. For ligningen skal denne værdi være i meter.
- For genstande, der er helt nedsænket i væsken, er det nedsænkede volumen det samme som objektet. For dem, der flyder på væskeoverfladen, overvejes kun volumenet under overfladen.
- Lad os som et eksempel sige, at vi ønsker at finde den drivende kraft, der virker på en gummikugle, der flyder i vandet. Hvis kuglen er en perfekt kugle med en diameter på en meter og flyder i halvdelen i vandet, kan vi finde lydstyrken på den nedsænkede del ved at finde kuglens samlede volumen og dele med to. Da kuglens volumen er givet med (4/3) π (radius), er det kendt, at vi vil have et resultat af (4/3) π (0,5) = 0,524 meter. 0,524 / 2 = 0,262 meter nedsænket.
Find dens væskedensitet. Det næste trin i processen med at finde den drivende kraft er at definere densiteten (i kg / meter), som genstanden er nedsænket i. Densitet er et mål for et objekt eller relativ vægt af stoffet i volumen. Givet to objekter med samme volumen, vejer den med den højeste tæthed mest. Som regel, jo større densitet af væsken er, jo større er den drivende kraft, den udøver. Med væsker er det generelt lettere at bestemme densitet ved at se på referencematerialer.
- I vores eksempel flyder bolden i vandet. Ved at konsultere en akademisk styrke kan vi konstatere, at vandtætheden handler om 1000 kilo / meter.
- Densiteterne af andre almindelige væsker er anført i tekniske kilder. En sådan liste kan findes her.
Find tyngdekraften (eller en anden nedadgående kraft). Uanset om objektet flyder eller er helt nedsænket, er det altid underlagt tyngdekraften. I den virkelige verden er denne konstante kraft lig med 9,81 Newton / kg. I situationer, hvor en anden kraft, såsom centrifugen, virker på en væske og den neddykkede genstand, skal de imidlertid også overvejes for at bestemme den samlede nedadgående kraft.
- I vores eksempel, hvis vi har at gøre med et almindeligt og stationært system, kan vi antage, at den eneste kraft, der virker ned, er tyngdekraften, der er nævnt ovenfor.
- Hvad nu, hvis vores kugle svævede i en spand vand og drejede med stor hastighed i en vandret cirkel? I dette tilfælde, hvis man antager, at skovlen roterer hurtigt nok til at sikre, at både vandet og kuglen ikke falder, vil den nedadgående kraft i denne situation stamme fra den centrifugalkraft, der er skabt af skovlens bevægelse, ikke af jordens tyngdekraft.
Multiplicer lydstyrken × densitet × tyngdekraft. Når du har værdier for volumen af dit objekt (i meter), dens væskedensitet (i pund / meter) og tyngdekraften (eller systemets nedadgående kraft), er det let at finde den flydende kraft. Du skal blot multiplicere disse tre mængder for at finde styrken i newton.
- Lad os løse vores eksempel ved at erstatte vores værdier i ligning F_B = V_s × D × g. F_B = 0,262 meter × 1000 kilo / meter × 9,81 newton / kilo = 2570 Newton.
Find ud af, om dit objekt flyder ved at sammenligne det med tyngdekraften. Ved hjælp af flyvekraftligningen er det let at finde den kraft, der skubber en genstand ud af væsken, hvori den er nedsænket. Med lidt mere arbejde kan du dog også bestemme, om objektet flyder eller synker. Find simpelthen den drivende kraft til objektet (brug med andre ord hele lydstyrken som V_s), find derefter tyngdekraften med ligningen G = (objektets masse) (9,81 meter / sekund). Hvis den drivende kraft er større end tyngdekraften, flyder objektet. Men hvis tyngdekraften er større, vil den synke. Hvis de er de samme, siges genstanden at være "neutral".
- Lad os for eksempel sige, at vi vil vide, om en 20 kilogram cylindrisk trætønde med en diameter på 0,75 meter og en højde på 1,25 meter flyder i vandet. Dette kræver et par trin:
  - Vi kan finde dens volumen med formlen V = π (radius) (højde). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 meter.
  - Derefter kan vi, når vi antager standardværdierne for tyngdekraft og vandtæthed, bestemme den drivende kraft i tønden. 0,55 meter × 1000 kilo / meter × 9,81 newton / kilo = 5395,5 Newton.
  - Nu skal vi finde tyngdekraften i tønden. G = (20 kg) (9,81 meter / sekund) = 196.2 Newton. Det er meget mindre end den kraftige kraft, så tønden flyder.
Brug den samme teknik, når din væske er en gas. Når du løser ripoproblemer, skal du huske, at væsken ikke behøver at være en væske. Gasser betragtes også som flydende, og på trods af at de har lavere densitet sammenlignet med andre typer materialer, kan de stadig understøtte vægten af nogle genstande. En simpel heliumballon er beviset på det. Da gassen i ballonen er mindre tæt end den omgivende væske, flyder den!

Metode 2 af 2: Udførelse af et simpelt trykeksperiment

Læg en lille kop eller skål i en større beholder. Med nogle husholdningsartikler er det let at se principperne om opdrift i handling! I dette enkle eksperiment vil vi demonstrere, at et nedsænket objekt oplever opdrift, da det fortrænger et volumen af fluid svarende til volumenet af det nedsænkede objekt. Mens vi gør dette, demonstrerer vi også, hvordan man kan finde et opdriftskraft i et eksperiment. Start en lille beholder, såsom en skål eller en kop, i en større beholder, såsom en større skål eller spand.
Fyld beholderen fra indersiden til kanten. Fyld derefter den større beholder med vand. Du ønsker, at vandstanden skal være over kanten uden at vippe. Vær forsigtig! Hvis du spilder vand, skal du tømme den større beholder, før du prøver igen.
- Til dette eksperiment er det sikkert at antage, at vand har densitet for vand, har en standardværdi på 1000 kilo / meter. Medmindre du bruger saltvand eller en anden væske, har de fleste typer vand en densitet tæt på referencen.
- Hvis du har en dråber, kan det være meget nyttigt at kontrollere vandstanden i den indvendige beholder.
Sænk et lille objekt ned. Find nu et lille objekt, der passer ind i den indvendige beholder og ikke vil blive beskadiget af vand. Find massen af dette objekt i kilogram (brug en skala til dette). Derefter, uden at få fingrene våde, skal du nedsænke objektet i vand, indtil det begynder at flyde, eller du kan ikke længere holde den. Bemærk, at vand fra den indvendige beholder spilder ud i den ydre beholder.
- Til formålet med vores eksempel, lad os sige, at vi placerer en legetøjskurv med en masse på 0,05 kg inde i den indre beholder. Vi behøver ikke at kende bilens volumen for at beregne træk, som vi ser næste.
Saml og mål det vand, du har spildt. Når du dykker en genstand ned i vand, sker der en forskydning af vand; hvis det ikke gjorde det, ville der ikke være plads til ham at komme i vandet. Når han skubber væsken, skubber vandet tilbage og forårsager skyderen. Tag det vand, du spildte, og læg det i en målekop. Vandmængden skal være lig med den nedsænkede volumen.
- Med andre ord, hvis dit objekt flyder, vil mængden af vand, du spilder, svare til volumen af det objekt, der er nedsænket i vandet. Hvis dit objekt synker, er volumenet af vand, det spilder, lig med volumenet for hele objektet.
Beregn vægten af det spildte vand. Da du kender vandets densitet og kan måle volumen, der er spildt, kan du finde massen. Konverter blot lydstyrken til meter (et online konverteringsværktøj, som dette, kan være nyttigt) og multiplicere med vandets densitet (1000 kilo / meter).
- I vores eksempel, lad os sige, at vores indkøbsvogn sank og bevægede sig omkring to spiseskefulde (0,00003 meter).For at finde vandets masse multiplicerer vi det med dens densitet: 1000 kilo / meter × 0,00003 meter = 0,03 kilo.
Sammenlign det forskudte volumen med objektets masse. Nu hvor du kender den nedsænkede masse og den fordrevne masse, skal du sammenligne dem for at se, hvilken der er større. Hvis massen af det nedsænkede objekt i den indre beholder er større end den forskudte vandmasse, skal den være sunket. Men hvis den fortrængte masse af vand er større end, skal genstanden have flydet. Dette er opdriftsprincippet; for at et objekt skal flyde, skal det fortrænge en masse vand, der er større end objektets.
- Stadig er objekter med lavere masser, men større volumener, de objekter, der flyder mest. Denne egenskab betyder, at hule objekter flyder. Tænk på en kano; den flyder, fordi den er hul, så den kan bevæge sig meget vand uden at skulle have en stor masse. Hvis kanoer var solide, ville de ikke flyde godt.
- I vores eksempel har bilen en masse på 0,05 kg, større end det fordrevne vand, 0,03 kg. Dette bekræfter vores resultat: bilen synker.