תוֹכֶן

• צעדים
• עֵצָה
• מה אתה צריך

כוח צף הוא הכוח הפועל על עצם שקוע בנוזל בכיוון ההפוך לכוח המשיכה. כאשר אובייקט ממוקם בנוזל, משקל האובייקט דוחף את הנוזל (נוזל או גז) למטה ואילו הציפה דוחפת את האובייקט כלפי מעלה, בכיוון הכבד ההפוך. באופן כללי, ניתן לחשב ציפה זו באמצעות משוואות F_ב = V._ס × D × ז, בו F_ב הוא הציפה, V_ס הוא נפח החלק השקוע, D הוא צפיפות הנוזל שמסביב לאובייקט, ו- g הוא כוח המשיכה. כדי ללמוד כיצד לקבוע את הציפה של אובייקט, התחל משלב 1 להלן.

צעדים

שיטה 1 מתוך 2: השתמש במשוואת הכוח הצף

1. 

   מצא את עוצמת הקול החלק השקוע של האובייקט. הציפה הפועלת על האובייקט מתואמת ישירות עם חלק הנפח השקוע של האובייקט. במילים אחרות, ככל שכיור של גוף מוצק גדול יותר, כך הציפה פועלת עליו. כלומר, גם אם האובייקט שקוע לחלוטין בנוזל, עדיין יש ציפה הפועלת עליו. כדי להתחיל בחישוב כוח הציפה הפועל על עצם, השלב הראשון הוא בדרך כלל לקבוע את נפח הנפח הספוג בנוזל. במשוואה עבור הכוח הצף, יש לכתוב ערך זה ב- m.
   • עבור אובייקט שקוע לחלוטין בנוזל, הנפח שקוע יהיה שווה לנפח האובייקט עצמו. עבור תגובת שיקוע של הנוזל, אנו רואים רק את שבר הנפח מתחת לפני השטח של הנוזל.
   • לדוגמה, נניח שאנחנו רוצים למצוא את הציפה הפועלת על כדור גומי צף במים. אם הכדור הוא כדור מושלם בקוטר של 1 מ 'והוא צף עם חצי שקוע בדיוק, נוכל למצוא את נפח החלק השקוע על ידי חישוב נפח הכדור כולו וחלוקתו לשניים. מכיוון שנפח הכדור הוא (4/3) π (רדיוס), יש לנו את נפח הכדור להיות (4/3) π (0.5) = 0.524 מ '. 0.524 / 2 = 0.262 מ 'הוטבעו.

2. 

   
   
   מצא את צפיפות הנוזל. השלב הבא במציאת כוח צף הוא קביעת הצפיפות (בק"ג / מ ') של הנוזל שמסביב. צפיפות היא כמות הנמדדת ביחס המסה של חומר או חומר לנפח המקביל לו. עבור שני עצמים בעלי נפח שווה, האובייקט בעל צפיפות גבוהה יותר יהיה כבד יותר. כלל האצבע הוא שככל שצפיפות הנוזל גבוהה יותר, כך הציפה תופעל על הגוף השוקע בו. עם נוזלים, בדרך כלל הדרך הקלה ביותר לקבוע צפיפות היא באמצעות הפניות.
   • בדוגמה שלמעלה, הכדור צף במים. ספרות עיון מספרת כי למים יש צפיפות ספציפית 1,000 ק"ג / מ '.
   • צפיפות נוזלים נפוצים רבים ניתנת בספרות הטכנית. תוכל למצוא רשימה זו כאן.

3. 

   
   
   מצא את כוח המשיכה (או כוח אחר כלפי מטה). בין אם אובייקט שוקע או צף בנוזל, הוא תמיד נמצא בכוח הכבידה. למעשה, קבוע הכוח הזה כלפי מטה הוא בערך 9.81 ניוטון / קילוגרם. עם זאת, במקרים בהם יש כוח נוסף הפועל על הנוזל והגוף השוקע בו כמו הכוח הרדיאלי, עלינו להתחשב גם בכוח זה בעת חישוב הכוח ה"מטה "הכולל עבור המערכת כולה.
   • בדוגמה שלעיל, אם יש לנו מערכת סטטית רגילה, אפשר להניח שהכוח היחיד כלפי מטה הפועל על הנוזל והגוף הוא כוח הכבידה הסטנדרטי - 9.81 ניוטון / קילוגרם.

4. 

   
   
   הכפל נפח לפי צפיפות וכוח המשיכה. כאשר יש לך את הערכים עבור נפח האובייקט (ב מ '), צפיפות הנוזל (בק"ג / מ') וכוח המשיכה (או הכוח כלפי מטה של ​​מערכת ניוטון / קילוגרם), מציאת הכוח הצף הופכת קלה. . פשוט שלש את אלה כדי למצוא את הכוח הצף בניוטון.
   • פתר את בעיית הדוגמה על ידי חיבור הערכים למשוואה F_ב = V._ס × D × ז. F_ב = 0.262 מ '× 1,000 ק"ג / מ' × 9.81 N / ק"ג = 2,570 ניוטון. היחידות האחרות היו מחסלות זו את זו ומשאירות רק את יחידת ניוטון.

5. 

   קבע אם האובייקט צף או לא על ידי השוואה לכוח המשיכה. באמצעות המשוואה לציפה תוכלו למצוא בקלות את הכוח שדוחף את האובייקט החוצה מהנוזל. עם זאת, אתה יכול גם לקבוע אם החומר צף או שוקע בנוזל אם אתה לוקח צעד אחד נוסף. מצא את הכוח הצף הפועל על כל הגוף (כלומר השתמש בכל נפח הגוף V_ס), ואז מצא את כוח המשיכה שמושך את האובייקט במשוואה G = (המסה של האובייקט) (9.81 m / s). אם הכוח הצף גדול מכוח המשיכה, האובייקט יצוף. מצד שני, אם כוח המשיכה גדול יותר אז האובייקט ישקע. אם שני הכוחות הללו שווים אז אנו אומרים את הדבר מוּשׁהֶה.
   • חפץ תלוי לא יצוף מעל המים ולא ישקע בקרקעית בעודו במים. זה יהיה תלוי בנוזל בין המשטח לתחתית.
   • לדוגמא, נניח שאנחנו רוצים לדעת האם ארגז עץ גלילי 20 ק"ג בקוטר 0.75 מטר וגובה 1.25 מטר יכול לצוף במים. עלינו לבצע מספר צעדים לבעיה זו:
     • הראשון הוא למצוא נפח באמצעות הנוסחה לנפח הגליל V = π (רדיוס) (גובה). V = π (0.375) (1.25) = 0.55 מ '.
     • לאחר מכן, בהנחה שאנו מכירים את כוח הכבידה התקני וצפיפות המים, אנו פותרים את הכוח הצף הפועל על הקנה. 0.55 מ '× 1000 ק"ג / מ' × 9.81 N / ק"ג = 5,395.5 ניוטון.
     • עכשיו עלינו למצוא את כוח המשיכה הפועל על ארגז העץ. G = (20 ק"ג) (9.81 m / s) = 196.2 ניוטון. תוצאה זו קטנה בהרבה מכוח הציפה, כך שהקנה יצוף.

6. 

   השתמש באותו חישוב כאשר הנוזל הוא גז. כשאתה פותר בעיות ציפה, אל תשכח שהנוזל לא צריך להיות נוזל. גזים ידועים גם כנוזלים למרות שיש להם צפיפות קטנה מאוד בהשוואה לסוגי חומר אחרים, וגז עדיין יכול להדוף חלק מהאובייקטים הצפים בו. בועת הליום היא ההוכחה לכך. מכיוון שהליום בבועה קל יותר מהנוזל סביבו (אוויר), הבועה תעוף משם! פרסומת

שיטה 2 מתוך 2: בצע ניסוי פשוט בכוח צף

1. 

   מניחים קערה קטנה בתוך גדולה יותר. עם רק כמה חפצים בבית, תוכלו לראות בקלות את השפעות הציפה בפועל. בניסוי זה אנו מראים שכאשר אובייקט שקוע, הוא יסבול מהשפעת הציפה, מכיוון שהוא תופס את מקומו של כמות הנוזלים השווה לנפח האובייקט השקוע. בתהליך ביצוע ניסויים אנו מראים כיצד למצוא את הכוח הצף של האובייקט בפועל. ראשית אתה מניח מיכל קטן וחסר כובע, כמו קערה או כוס, בכלי גדול יותר כמו קערה גדולה או דלי מים.

2. 

   ממלאים מיכל קטן מקצה לקצה במים. עליכם לשפוך את המים קרוב לקצה מבלי לשפוך אותם. היזהר בשלב זה! אם תתן למים לעלות על גדותיה, עליך לרוקן את המיכל הגדול לחלוטין ולהתחיל מחדש.
   • לצורך ניסוי זה אנו מניחים כי מים הם בעלי צפיפות של 1000 ק"ג / מ"ר. אלא אם כן אתה משתמש במלח או נוזל שונה לחלוטין, לרוב המים יש צפיפות הקרובה לערך ייחוס זה, כך שהתוצאות לא יושפעו.
   • אם יש לכם טפטפת תוכלו להשתמש בה לטפטוף מים למיכל הפנימי כך שמפלס המים יהיה עד לקצה.

3. 

   טבלו חפץ קטן. לאחר מכן, חפש חפץ שיכול להשתלב במיכל קטן ללא נזקי מים. מצא את המשקל בקילוגרמים של אובייקט זה (עליך להשתמש בסולם לקריאה בגרמים ואז להמיר אותו לקילוגרמים). ואז לחץ לאט את האובייקט למים מבלי להרטיב את האצבע עד שהוא מתחיל לצוף או בקושי יכול להחזיק אותו ואז שחרר את האובייקט. אתה אמור לראות כמה מים נשפכים מעל קצה המכל הפנימי לתוך המיכל החיצוני.
   • לדוגמא זו, נניח שאנחנו לוחצים מכונית צעצוע של 0.05 ק"ג למיכל הפנימי שלה. אנחנו לא צריכים לדעת את נפח המכונית כדי לחשב את הציפה, כפי שנדע בשלב הבא.

4. 

   אוספים ומודדים את הצפת המים. כאשר אתה לוחץ חפץ במים, הוא תופס את מקומם של מים מסוימים - אחרת אין מקום עבורך לטבול אותו במים. כאשר הוא דוחף מים מהשביל, המים דוחים ויוצרים ציפה. אוספים את המים שנשפכו מהמיכל הפנימי ויוצקים אותם לכוס המדידה הקטנה. נפח המים בכוס צריך להיות שווה לנפח האובייקט השקוע.
   • במילים אחרות, אם האובייקט צף, נפח המים העולה על גדותיו יהיה שווה לנפח האובייקט השקוע מתחת לפני המים. אם האובייקט שוקע, נפח הצפת המים יהיה שווה לנפח האובייקט כולו.

5. 

   חשב את כמות המים שנשפכה. מכיוון שאתה יודע את צפיפות המים ויכול למדוד את נפח המים הגולש בכוס מדידה, תחשב את נפח המים. המירו את הנפח ל- m (ממיר יחידה מקוון כזה יכול לעזור כאן) והכפלו אותו בצפיפות המים (1,000 ק"ג / מ"ר).
   • בדוגמה לעיל, נניח שמכונית הצעצוע שקועה במיכל הפנימי שלה ותופסת כ -2 כפות (0.00003 מ ') מים. כדי למצוא את מסת המים, הכפל זאת בצפיפות: 1,000 ק"ג / מ '× 0.00003 מ' = 0.03 ק"ג.

6. 

   השווה את נפח המים העקורים ומסת האובייקט. עכשיו שאתה יודע את המוני המים השקועים והמים העקורים, השווה בין שני הערכים הללו. אם המסה של האובייקט גדולה מנפח המים העקורים, האובייקט ישקע. מצד שני, אם נפח המים העקורים גדול יותר אז האובייקט יצוף. זהו עיקרון הצפה בפועל - עבור מצוף עליו לעקור מסת מים הגדולה ממסת הגוף עצמו.
   • מכאן שחפצים קלים אך גדולים בנפחם הם האובייקטים הצפים הטובים ביותר. מאפיין זה מציין שחפצים חלולים יכולים לצוף טוב מאוד. בואו נסתכל על הקאנו - הוא צף היטב כי הוא חלול מבפנים, כך שהוא יכול לתפוס הרבה מים אבל המסה לא כבדה מדי. אם הקאנו היה עבה בפנים הוא לא היה יכול לצוף טוב.
   • בדוגמה לעיל, רכב בעל מסה של 0.05 ק"ג גדול מנפח מים שנעקר על ידי 0.03 ק"ג. זה עולה בקנה אחד עם מה שאנחנו צופים: המכונית שקעה.
   פרסומת

עֵצָה

• השתמש בסולם מתכוונן אפס לאחר כל שקילה לערכים מדויקים.

מה אתה צריך

• כוס קטנה או קערה
• קערה גדולה או חבית
• חפצים קטנים הניתנים לטבילה במים (כמו כדור גומי)
• כוס מדידה