Die dryfkrag is 'n krag teenoor swaartekrag, wat alle voorwerpe wat in 'n vloeistof ondergedompel is, beïnvloed. As 'n voorwerp in 'n vloeistof geplaas word, druk die massa van die voorwerp teen die vloeistof (vloeistof of gas), terwyl die dryfkrag die voorwerp teen swaartekrag stoot. In die algemeen kan hierdie dryfkrag deur die vergelyking bereken word Fa = Vt × × g, met F.a is die dryfkrag, Vt is die volume van die onderdompelde voorwerp, is die digtheid van die vloeistof en g is die gravitasiekrag. Om te leer hoe om die dryfkrag van 'n voorwerp te bepaal, sien stap 1 hieronder om aan die gang te kom.
Stap
Metode 1 van 2: Die gebruik van die vergelyking van dryfvermoë
Stap 1. Vind die volume van die ondergedompelde deel van die voorwerp
Die dryfkrag wat op 'n voorwerp inwerk, is eweredig aan die volume van die ondergedompelde voorwerp. Met ander woorde, hoe groter die ondergedompelde vaste deel van die voorwerp, hoe groter word die dryfkrag wat op die voorwerp inwerk. Dit beteken dat voorwerpe wat in 'n vloeistof gedompel is, 'n dryfkrag het wat die voorwerp opdruk. Om die dryfkrag wat op 'n voorwerp inwerk, te bereken, is u eerste stap gewoonlik om die volume van die voorwerp wat in die vloeistof gedompel is, te bepaal. Vir die vergelyking van dryfkrag moet hierdie waarde in meter wees3.
- Vir 'n voorwerp wat heeltemal in 'n vloeistof gedompel is, is die volume onder water gelyk aan die volume van die voorwerp self. Vir voorwerpe wat bo die oppervlak van die vloeistof dryf, word slegs die volume onder die oppervlak bereken.
- Gestel ons wil byvoorbeeld die dryfkrag vind wat op 'n rubberbal op water dryf. As die rubberbal 'n perfekte bol is met 'n deursnee van 1 m en dryf met die helfte daarvan onder water, kan ons die volume van die ondergedompelde gedeelte vind deur die totale volume van die bol te vind en deur twee te deel. Aangesien die volume van die bol (4/3) (radius) is3, ons weet dat die volume van ons sfeer (4/3) π (0, 5) is3 = 0,524 meter3. 0, 524/2 = 0.262 meter3 wasbak.
Stap 2. Vind die digtheid van u vloeistof
Die volgende stap in die proses om dryfvermoë te vind, is om die digtheid te bepaal (in kilogram/meter3) van die vloeistof waarin die voorwerp gedompel word. Digtheid is 'n meting van die massa van 'n voorwerp of stof in verhouding tot die volume daarvan. As twee voorwerpe met dieselfde volume gegee word, sal die voorwerp met 'n groter digtheid meer massa hê. Volgens die reël, hoe groter die digtheid van die vloeistof waarin die voorwerp onder water is, hoe groter is die dryfkrag. Met vloeistowwe is dit gewoonlik die maklikste manier om digtheid te bepaal deur dit in 'n verwysingsmateriaal op te soek.
- In ons voorbeeld dryf ons bal in water. Deur na akademiese bronne te kyk, kan ons agterkom dat water 'n digtheid van ongeveer. 1 000 kilogram/meter3.
- Ander wyd gebruikte vloeistofdigthede word in ingenieursbronne gelys. Een van die lyste kan hier gevind word.
Stap 3. Vind die gravitasiekrag (of 'n ander afwaartse krag)
Of 'n voorwerp in 'n vloeistof sink of dryf, dit het altyd 'n gravitasiekrag. In die werklike wêreld is die afwaartse krag konstante gelyk aan 9,81 newton/kilogram. In situasies waarin ander kragte, soos die sentrifugale krag, op die vloeistof inwerk en die voorwerp daarin onderdompel, moet hierdie krag egter ook in ag geneem word om die netto afwaartse krag vir die hele stelsel te bepaal.
- In ons voorbeeld werk ons met 'n gewone, statiese stelsel, sodat ons kan aanvaar dat die enigste afwaartse krag wat op vloeistowwe en voorwerpe inwerk, die algemene gravitasiekrag is - 9,81 newton/kilogram.
- Maar wat as ons bal, wat in 'n emmer water dryf, teen hoë spoed in 'n sirkel in 'n horisontale rigting swaai? In hierdie geval, as die emmer vinnig genoeg geswaai word sodat die water en die bal nie mors nie, sal die afwaartse krag in hierdie situasie afgelei word van die sentrifugale krag wat veroorsaak word deur die swaai van die emmer, nie van die swaartekrag van die aarde nie.
Stap 4. Vermenigvuldig volume × digtheid × swaartekrag
As u die volume waarde van u voorwerp het (in meter3), die digtheid van u vloeistof (in kilogram/meter3) en die gravitasiekrag (die afwaartse krag op u stelsel), so dit is baie maklik om dryfkrag te vind. Vermenigvuldig net hierdie drie waardes om die lewenskrag in newton te vind.
Kom ons los ons voorbeeldprobleem op deur ons waardes in die vergelyking F in te sluita = Vt × × g. Fa = 0,262 meter3 × 1 000 kilogram/meter3 × 9,81 newton/kilogram = 2 570 newton.
Stap 5. Kyk of u voorwerp dryf deur die dryfvermoë met die gravitasiekrag te vergelyk
Deur die dryfvergelyking te gebruik, is dit maklik om die krag te vind wat 'n voorwerp op en uit die vloeistof stoot. Met 'n bietjie ekstra moeite is dit egter ook moontlik om te bepaal of 'n voorwerp sal dryf of sink. Soek net die lewenskrag vir die hele voorwerp (met ander woorde, gebruik die hele volume vir die waarde van Vt), vind dan die gravitasiekrag wat dit afdruk met die vergelyking G = (massa van die voorwerp) (9,81 meter/sekonde2). As die dryfkrag groter is as die gravitasiekrag, sal die voorwerp dryf. Aan die ander kant, as die gravitasiekrag groter is as die dryfkrag, sal die voorwerp sink. As die groottes dieselfde is, word gesê dat die voorwerp dryf.
-
Sê byvoorbeeld dat ons wil weet of 'n silindriese vat met 'n massa van 20 kilogram en 'n deursnee van 0,75 m en 'n hoogte van 1,25 m in water sal dryf. Hierdie probleem sal verskeie stappe volg:
- Ons kan die volume vind met die formule vir die volume van die silinder V = (radius)2(lank). V = (0, 375)2(1, 25) = 0,55 meter3.
- As ons aanneem dat die grootte van die swaartekrag normaal is en die water van gewone digtheid, kan ons die dryfkrag van die vat vind. 0,55 meter3 × 1000 kilogram/meter3 × 9,81 newton/kilogram = 5.395, 5 newton.
- Nou moet ons die gravitasiekrag van die vat vind. G = (20 kg) (9,81 meter/sekonde2) = 196,2 newton. Hierdie krag is minder as die dryfkrag, so die vat sal dryf.
Stap 6. Gebruik dieselfde benadering as u vloeistof 'n gas is
As u aan dryfprobleme werk, moet u nie vergeet dat die vloeistof waarin die voorwerp onder water is, nie 'n vloeistof hoef te wees nie. Gasse is ook vloeistowwe, en hoewel gasse 'n baie lae digtheid het in vergelyking met ander stowwe, kan dit steeds sekere massas voorwerpe wat in die gas dryf, ondersteun. 'N Eenvoudige heliumballon is 'n bewys daarvan. Omdat die gas in die ballon minder dig is as die omliggende vloeistof (omringende lug), dryf die ballon!
Metode 2 van 2: 'n Eenvoudige dryfkrag -eksperiment uitvoer
Stap 1. Plaas 'n klein bak of koppie in 'n groter bak
Met sommige huishoudelike items is dit maklik om die beginsels van dryfvermoë in eksperiment te sien! In hierdie eenvoudige eksperiment sal ons demonstreer dat 'n onderdompelde voorwerp 'n dryfkrag ondervind omdat dit 'n vloeistofvolume verplaas gelykstaande aan die volume van die ondergedompelde voorwerp. Terwyl ons dit doen, sal ons ook 'n praktiese manier demonstreer om die dryfkrag van 'n voorwerp met hierdie eksperiment te vind. Plaas 'n klein, oop houer, soos 'n bak of beker, in 'n groter houer, soos 'n groot bak of emmer.
Stap 2. Vul die klein houertjie tot by die rand
Vul dan die kleiner binneste houer met water. U wil hê dat die water so hoog soos die houer moet wees sonder om te mors. Wees versigtig hier! As u water mors, maak die groter houer leeg voordat u weer probeer.
- Vir die doeleindes van hierdie eksperiment is dit goed om aan te neem dat water 'n algemene digtheid van 1000 kilogram/meter het3. Tensy u seewater of 'n heeltemal ander vloeistof gebruik, het die meeste soorte water byna dieselfde digtheid as hierdie verwysingswaarde, sodat 'n klein verskil nie ons resultate sal verander nie.
- As u oogdruppels het, kan dit baie handig wees om die watervlak in 'n klein houer te verhoog.
Stap 3. Dompel die klein voorwerp in
Soek daarna 'n klein voorwerp wat in 'n klein houer pas en nie deur water beskadig word nie. Bepaal die massa van hierdie voorwerp in kilogram (u kan 'n skaal of balans gebruik wat gram kan neem en dit in kilogram kan omskakel). Doop dan, sonder om u vingers nat te maak, stadig maar seker, die voorwerp in die water totdat dit begin dryf, of u kan dit effens vashou en dan los. U sal sien dat sommige van die water in die klein houer in die buitenste houer sal mors.
In die voorbeeld van ons voorbeeld, veronderstel ons dat ons 'n speelgoedmotor met 'n massa van 0,05 kilogram in 'n klein houer steek. Ons hoef nie die volume van hierdie motor te ken om sy dryfvermoë te bereken nie, want ons sal dit in die volgende stap sien
Stap 4. Versamel en tel die gemorste water
As u 'n voorwerp in water dompel, verplaas dit 'n deel van die water - anders is daar geen plek om die voorwerp in die water te sit nie. As 'n voorwerp die water uitstoot, stoot die water terug, wat 'n dryfkrag veroorsaak. Haal gemorste water uit 'n klein houer en gooi dit in 'n klein maatbeker. Die volume water in die maatbeker is gelyk aan die volume van die voorwerp wat onder water is.
Met ander woorde, as u voorwerp dryf, sal die volume water wat uitloop, gelyk wees aan die volume van die voorwerp wat onder die wateroppervlak is. As u voorwerp sink, is die volume water wat stort, gelyk aan die totale volume van die voorwerp
Stap 5. Bereken die massa van die gemorste water
Aangesien u die digtheid van water ken en u die volume water wat in die maatbeker mors, kan meet, kan u die massa daarvan vind. Verander net die volume na meters3 (aanlyn omskakelingshulpmiddels, soos hierdie, kan help) en vermenigvuldig met die digtheid van water (1 000 kilogram/meter3).
In ons voorbeeld, veronderstel ons speelgoedmotor sak in 'n klein houer en beweeg ongeveer twee eetlepels (0.0003 meter3). Om die massa van ons water te vind, vermenigvuldig ons dit met die digtheid daarvan: 1.000 kilogram/meter3 × 0.0003 meter3 = 0,03 kilogram.
Stap 6. Vergelyk die massa van die gemorste water met die massa van die voorwerp
Noudat u die massa van die voorwerp wat u in die water dompel, ken en die massa van die water wat gemors is, vergelyk dit om te sien watter massa groter is. As die massa van 'n voorwerp wat in 'n klein houer gedompel is, groter is as die gemorste water, sal die voorwerp sink. Aan die ander kant, as die massa van die gemorste water groter is, sal die voorwerp dryf. Dit is die beginsel van dryfvermoë in eksperimente - om 'n voorwerp te dryf, moet dit 'n hoeveelheid water verplaas met 'n massa groter as die massa van die voorwerp self.
- Voorwerpe met 'n lae massa, maar groot volume, is dus die tipe voorwerpe wat die maklikste dryf. Hierdie eienskap beteken dat hol voorwerpe baie maklik dryf. Stel jou 'n kano voor - die kano dryf goed omdat dit hol is, sodat dit baie water kan beweeg sonder om 'n groot massa te hê. As die kano nie hol is nie, sal die kano nie behoorlik dryf nie.
- In ons voorbeeld het die motor 'n groter massa (0,05 kilogram) as die gemorste water (0,03 kilogram). Dit stem ooreen met wat ons waarneem: die motors sak.
