Innhold

• Steps
• Tips
• Nødvendige materialer

Skyvkraft er kraften som virker i motsatt retning av tyngdekraften som påvirker alle objekter som er nedsenket i en væske. Når en gjenstand plasseres i en væske, skyver dens vekt væsken (væske eller gass), mens den drivende kraften skyver gjenstanden oppover, og virker mot tyngdekraften. Generelt sett kan denne kraften beregnes ved å bruke ligningen F_B = V_s × D × g, hvor F_B er den kraftige kraft, V_s er det nedsenkede volumet, D er tettheten til væsken som gjenstanden er nedsenket i og g er tyngdekraften. For å lære hvordan du bestemmer objektets skyvekraft, se trinn 1 for å komme i gang.

Steps

Metode 1 av 2: Bruke oppdriftskraftsligningen

1. 

   Finn volumet av gjenstandens nedsenkede del. Den flytende kraften som virker på et objekt er direkte proporsjonal med volumet til objektet som er nedsenket. Med andre ord, jo mer solid gjenstanden, desto større er den drivende kraften som virker på den. Dette betyr at selv gjenstander som synker ned i en væske har en kraft som skyver dem oppover. For å begynne å beregne denne intensiteten, er det første trinnet å bestemme volumet på objektet som er nedsenket. For ligningen må denne verdien være i meter.
   • For objekter som er helt nedsenket i væsken, er det nedsenkede volumet det samme som objektet. For de som flyter på overflaten av væsken, er det bare volumet under overflaten som blir vurdert.
   • La oss som et eksempel si at vi ønsker å finne den drivende kraften som virker på en gummikule som flyter i vannet. Hvis ballen er en perfekt sfære, med en diameter på en meter, og flyter i halvparten i vannet, kan vi finne volumet til den nedsenkede delen ved å finne kuleets totale volum og dele med to. Siden sfærens volum er gitt av (4/3) π (radius), er det kjent at vi vil ha et resultat av (4/3) π (0.5) = 0.524 meter. 0,524 / 2 = 0,262 meter nedsenket.

2. 

   
   
   Finn tettheten av væsken din. Det neste trinnet i prosessen med å finne den flytende kraften er å definere tettheten (i kilogram / meter) som gjenstanden er nedsenket i. Tetthet er et mål på et objekt eller relativ vekt av stoffet etter volum. Gitt to objekter med samme volum, veier den med høyeste tetthet mest. Som regel, jo større tetthet av væsken, jo større er den flytende kraften. Med væsker er det generelt lettere å bestemme tettheten ved å se på referansematerialer.
   • I vårt eksempel flyter ballen i vannet. Ved å konsultere en akademisk styrke, kan vi finne at tettheten av vannet er omtrent 1000 kilo / meter.
   • Tettheten av andre vanlige væsker er listet i tekniske kilder. En slik liste finner du her.

3. 

   
   
   Finn tyngdekraften (eller en annen nedadgående kraft). Enten gjenstanden er flytende eller helt nedsenket, er den alltid underlagt tyngdekraften. I den virkelige verden er denne konstante kraften lik 9,81 Newton / kg. I situasjoner der en annen kraft, for eksempel sentrifugen, virker på en væske og den nedsenkede gjenstanden, må de imidlertid også vurderes for å bestemme den totale nedadgående kraften.
   • I vårt eksempel, hvis vi har å gjøre med et vanlig og stasjonært system, kan vi anta at den eneste kraften som virker ned er tyngdekraften nevnt ovenfor.
   • Men hva om ballen vår fløt i en bøtte med vann og snurret med stor hastighet i en horisontal sirkel? I dette tilfellet, forutsatt at bøtta snurrer raskt nok til å sikre at både vannet og ballen ikke faller, vil den nedadgående kraften i denne situasjonen stamme fra sentrifugalkraften som ble skapt av bevegelsen av bøtta, ikke av jordens tyngdekraft.

4. 

   
   
   Multipliser volumet × tetthet × tyngdekraften. Når du har verdier for volumet til objektet ditt (i meter), tettheten av væsken (i kilo / meter) og tyngdekraften (eller systemets nedadgående kraft), er det lett å finne den flytende kraften. Bare multipliser disse tre mengdene for å finne kraften i newton.
   • La oss løse vårt eksempel ved å erstatte verdiene våre i ligning F_B = V_s × D × g. F_B = 0,262 meter × 1000 kilo / meter × 9,81 newton / kilo = 2570 Newton.

5. 

   Finn ut om objektet ditt flyter ved å sammenligne det med tyngdekraften. Ved å bruke oppdriftskraftligningen er det lett å finne kraften som skyver en gjenstand ut av væsken som den er nedsenket i. Med litt mer arbeid kan du imidlertid også bestemme om objektet vil flyte eller synke. Bare finn den flytende kraften til objektet (bruk med andre ord hele volumet som V_s), og finn deretter tyngdekraften med ligningen G = (gjenstandens masse) (9,81 meter / sekund). Hvis den flytende kraften er større enn tyngdekraften, vil gjenstanden flyte. Men hvis tyngdekraften er større, vil den synke. Hvis de er de samme, sies objektet å være "nøytralt".
   • La oss for eksempel si at vi vil vite om et 20 kilo sylindrisk tønne av tre med en diameter på 0,75 meter og en høyde på 1,25 meter, vil flyte i vannet. Dette krever noen få trinn:
     • Vi kan finne volumet med formelen V = π (radius) (høyde). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 meter.
     • Etter at vi kan anta standardverdiene for tyngdekraft og vanntetthet, kan vi bestemme den flytende kraften i tønnen. 0,55 meter × 1000 kilo / meter × 9,81 newton / kilo = 5395,5 Newton.
     • Nå må vi finne tyngdekraften i fatet. G = (20 kg) (9,81 meter / sekund) = 196.2 Newton. Det er mye mindre enn den kraftige kraften, så tønna vil flyte.

6. 

   Bruk den samme teknikken når væsken din er en gass. Husk at væsken ikke trenger å være en væske når du løser ripoproblemer. Gasser anses også som flytende, og til tross for at de har lavere tetthet sammenlignet med andre typer materialer, kan de fremdeles støtte vekten til noen gjenstander. En enkel heliumballong er beviset på det. Siden gassen i ballongen er mindre tett enn den omkringliggende væsken, flyter den!

Metode 2 av 2: Utføre et enkelt skyveeksperiment

1. 

   Legg en liten kopp eller bolle i en større beholder. Med noen husholdningsartikler er det lett å se prinsippene om oppdrift i aksjon! I dette enkle eksperimentet vil vi demonstrere at et nedsenket objekt opplever oppdrift, ettersom det fortrenger et volum av væske som tilsvarer volumet til det nedsenkede objektet. Mens vi gjør dette, demonstrerer vi også hvordan du finner den flytende kraften i et eksperiment. For å starte, legg en liten beholder, for eksempel en bolle eller kopp, i en større beholder, for eksempel en større bolle eller bøtte.

2. 

   Fyll beholderen fra innsiden til kanten. Fyll deretter den større beholderen med vann. Du vil at vannstanden skal være over kanten, uten å velte. Vær forsiktig! Hvis du søler vann, tøm den større beholderen før du prøver igjen.
   • For dette eksperimentet er det trygt å anta at vann har tetthet av vann har en standardverdi på 1000 kilo / meter. Med mindre du bruker saltvann eller en annen væske, har de fleste typer vann en tetthet nær referansen.
   • Hvis du har en dropper, kan det være veldig nyttig å sjekke vannstanden i den indre beholderen.

3. 

   Senk et lite objekt. Nå, finn en liten gjenstand som passer inni den indre beholderen og ikke vil bli skadet av vann. Finn massen til dette objektet i kilogram (bruk en skala for dette). Uten å få fingrene våte, dypp deretter gjenstanden i vann til den begynner å flyte eller du ikke lenger kan holde den. Du må merke vann fra den indre beholderen som søl inn i den ytre beholderen.
   • La oss si at vi plasserer en leketøykurv med en masse på 0,05 kg inne i den indre beholderen. Vi trenger ikke å vite bilens volum for å beregne skyvekraft, som vi vil se neste.

4. 

   Samle og måle vannet du har sølet. Når du senker en gjenstand i vann, oppstår en forskyvning av vann; hvis det ikke skjedde, ville det ikke være rom for ham å komme i vannet. Når han skyver væsken, skyver vannet tilbake, noe som forårsaker skyven. Ta vannet du sølt og legg det i en målebeger. Vannets volum må være det samme som det nedsenkede volumet.
   • Med andre ord, hvis objektet flyter, vil volumet av vann du søler være lik volumet til objektet nedsenket i vannet. Hvis objektet synker, er volumet av vann det søl, lik volumet til hele objektet.

5. 

   Beregn vekten på det sølte vannet. Siden du kjenner tettheten til vannet og kan måle volumet som har blitt sølt, kan du finne massen. Bare konverter volumet til meter (et online konverteringsverktøy, som dette, kan være nyttig) og multipliser med tettheten til vannet (1000 kilo / meter).
   • I vårt eksempel, la oss si at handlekurven vår sank og beveget seg rundt to spiseskjeer (0,00003 meter).For å finne massen på vannet multipliserer vi det med dens densitet: 1000 kilo / meter × 0,00003 meter = 0,03 kilo.

6. 

   Sammenlign det fortrengte volumet med objektets masse. Nå som du kjenner den neddykkede massen og den fordrevne massen, kan du sammenligne dem for å se hvilken som er større. Hvis massen til den nedsenkede gjenstanden i den indre beholderen er større enn den fortrengte vannmassen, må den ha sunket. Men hvis den fortrengte massen av vann er større enn, må gjenstanden ha flyttet. Dette er oppdriftsprinsippet; For at en gjenstand skal flyte, må den fortrenge en vannmasse større enn gjenstandens.
   • Fortsatt er objekter med lavere masser, men større volum, objektene som flyter mest. Denne egenskapen betyr at hule gjenstander flyter. Tenk på en kano; den flyter fordi den er hul, så den kan bevege seg mye vann, uten å måtte ha en stor masse. Hvis kanoer var solide, ville de ikke flyte godt.
   • I vårt eksempel har bilen en masse på 0,05 kg, større enn det fordrevne vannet, 0,03 kg. Dette bekrefter resultatet: bilen synker.

Tips

• Bruk en skala som kan nullstilles etter hver lesing for å få nøyaktige målinger.

Nødvendige materialer

• Liten kopp eller bolle
• Stor bolle eller bøtte
• Liten gjenstand å senke (som en gummikule)
• Desilitermål