เนื้อหา

• ขั้นตอน
• เคล็ดลับ
• วัสดุที่จำเป็น

แรงขับคือแรงที่กระทำในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของแรงโน้มถ่วงที่ส่งผลต่อวัตถุทั้งหมดที่จมอยู่ในของไหล เมื่อวัตถุถูกวางไว้ในของไหลน้ำหนักของมันจะดันของไหล (ของเหลวหรือก๊าซ) ในขณะที่แรงลอยตัวจะดันวัตถุขึ้นไปโดยต่อต้านแรงโน้มถ่วง โดยทั่วไปแล้วแรงนี้สามารถคำนวณได้โดยใช้สมการ F_B = V_s ×ล×กโดยที่ F_B คือแรงลอยตัว V_s คือปริมาตรที่จมอยู่ใต้น้ำ D คือความหนาแน่นของของเหลวที่วัตถุจมอยู่ใต้น้ำและ g คือแรงโน้มถ่วง หากต้องการเรียนรู้วิธีกำหนดแรงผลักของวัตถุโปรดดูขั้นตอนที่ 1 เพื่อเริ่มต้น

ขั้นตอน

วิธีที่ 1 จาก 2: ใช้สมการแรงลอยตัว

1. 

   ค้นหาระดับเสียง ของส่วนที่จมอยู่ใต้น้ำของวัตถุ แรงลอยตัวที่กระทำต่อวัตถุนั้นแปรผันตรงกับปริมาตรของวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำ กล่าวอีกนัยหนึ่งยิ่งวัตถุแข็งมากเท่าไหร่แรงลอยตัวที่กระทำกับวัตถุก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าแม้แต่วัตถุที่จมลงไปในของเหลวก็ยังมีแรงผลักดันขึ้นด้านบน ในการเริ่มคำนวณความเข้มนี้ขั้นตอนแรกคือการกำหนดปริมาตรของวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำ สำหรับสมการค่านี้ต้องเป็นเมตร
   • สำหรับวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำโดยสมบูรณ์ปริมาตรที่จมอยู่ใต้น้ำจะเหมือนกับวัตถุ สำหรับผู้ที่ลอยอยู่บนพื้นผิวของของไหลจะพิจารณาเฉพาะปริมาตรใต้พื้นผิวเท่านั้น
   • ตัวอย่างเช่นสมมติว่าเราต้องการหาแรงลอยตัวที่กระทำต่อลูกบอลยางที่ลอยอยู่ในน้ำ ถ้าลูกบอลเป็นทรงกลมที่สมบูรณ์โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางหนึ่งเมตรและลอยอยู่ในน้ำครึ่งหนึ่งเราสามารถหาปริมาตรของส่วนที่จมอยู่ใต้น้ำได้โดยการหาปริมาตรทั้งหมดของทรงกลมแล้วหารด้วยสอง เนื่องจากปริมาตรของทรงกลมกำหนดโดย (4/3) π (รัศมี) จึงทราบได้ว่าเราจะได้ผลลัพธ์เป็น (4/3) π (0.5) = 0.524 เมตร 0.524 / 2 = 0.262 เมตรจมอยู่ใต้น้ำ.

2. 

   
   
   ค้นหาความหนาแน่นของของเหลว ขั้นตอนต่อไปในกระบวนการค้นหาแรงลอยตัวคือการกำหนดความหนาแน่น (เป็นกิโลกรัม / เมตร) ที่วัตถุจมอยู่ใต้น้ำ ความหนาแน่นคือการวัดวัตถุหรือน้ำหนักสัมพัทธ์ของสารด้วยปริมาตร เมื่อพิจารณาจากวัตถุสองชิ้นที่มีปริมาตรเท่ากันวัตถุที่มีความหนาแน่นสูงสุดจะมีน้ำหนักมากที่สุด ตามกฎแล้วยิ่งความหนาแน่นของของเหลวมากเท่าไหร่แรงลอยตัวก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น สำหรับของเหลวโดยทั่วไปแล้วจะสามารถกำหนดความหนาแน่นได้ง่ายกว่าโดยดูจากวัสดุอ้างอิง
   • ในตัวอย่างของเราลูกบอลกำลังลอยอยู่ในน้ำ เราจะพบว่าความหนาแน่นของน้ำอยู่ที่ประมาณ 1,000 กิโล / เมตร.
   • ความหนาแน่นของของเหลวทั่วไปอื่น ๆ ระบุไว้ในแหล่งข้อมูลทางวิศวกรรม รายชื่อดังกล่าวสามารถพบได้ที่นี่

3. 

   
   
   หาแรงโน้มถ่วง (หรือแรงลงอื่น) ไม่ว่าวัตถุนั้นจะลอยอยู่หรือจมอยู่ใต้น้ำทั้งหมดก็ตามก็ต้องได้รับแรงโน้มถ่วงเสมอ ในโลกแห่งความเป็นจริงแรงคงที่นี้เท่ากับ 9.81 นิวตัน / กก. อย่างไรก็ตามในสถานการณ์ที่แรงอื่นเช่นเครื่องหมุนเหวี่ยงกระทำต่อของไหลและวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำก็ต้องพิจารณาถึงแรงลงทั้งหมดด้วย
   • ในตัวอย่างของเราถ้าเรากำลังจัดการกับระบบธรรมดาและระบบหยุดนิ่งเราสามารถสันนิษฐานได้ว่าแรงเดียวที่กระทำลงคือแรงโน้มถ่วงที่กล่าวข้างต้น
   • อย่างไรก็ตามถ้าลูกบอลของเราลอยอยู่ในถังน้ำหมุนด้วยความเร็วสูงเป็นวงกลมแนวนอน? ในกรณีนี้สมมติว่าถังหมุนเร็วพอที่จะแน่ใจได้ว่าทั้งน้ำและลูกบอลจะไม่ตกลงมาแรงที่ลดลงในสถานการณ์นี้จะมาจากแรงเหวี่ยงที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของถังไม่ใช่โดยแรงโน้มถ่วงของโลก

4. 

   
   
   คูณปริมาตร×ความหนาแน่น×แรงโน้มถ่วง เมื่อคุณมีค่าสำหรับปริมาตรของวัตถุของคุณ (หน่วยเป็นเมตร) ความหนาแน่นของของเหลว (เป็นปอนด์ / เมตร) และแรงโน้มถ่วง (หรือแรงลงของระบบของคุณ) การหาแรงลอยตัวจะทำได้ง่าย เพียงแค่คูณปริมาณทั้งสามนี้เพื่อหาแรงในหน่วยนิวตัน
   • ลองแก้ตัวอย่างของเราโดยแทนที่ค่าของเราในสมการ F_B = V_s ×ล×ก. F_B = 0.262 เมตร× 1,000 กิโล / เมตร× 9.81 นิวตัน / กิโล = 2570 นิวตัน.

5. 

   ดูว่าวัตถุของคุณลอยได้หรือไม่โดยเปรียบเทียบกับแรงโน้มถ่วง การใช้สมการแรงลอยตัวทำให้ง่ายต่อการหาแรงที่ผลักวัตถุออกจากของไหลที่จมอยู่ใต้น้ำ อย่างไรก็ตามด้วยการทำงานเพิ่มขึ้นเล็กน้อยคุณยังสามารถกำหนดได้ว่าวัตถุจะลอยหรือจม เพียงแค่หาแรงลอยตัวของวัตถุ (หรืออีกนัยหนึ่งคือใช้ปริมาตรทั้งหมดเป็น V_s) แล้วหาแรงดึงดูดด้วยสมการ G = (มวลของวัตถุ) (9.81 เมตร / วินาที) ถ้าแรงลอยตัวมากกว่าแรงโน้มถ่วงวัตถุจะลอย แต่ถ้าแรงดึงดูดมากกว่านี้มันจะจม ถ้าเหมือนกันแสดงว่าวัตถุนั้น "เป็นกลาง"
   • ตัวอย่างเช่นสมมติว่าเราต้องการทราบว่าถังไม้ทรงกระบอกขนาด 20 กิโลกรัมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.75 เมตรและสูง 1.25 เมตรจะลอยอยู่ในน้ำได้หรือไม่ ต้องมีขั้นตอนสองสามขั้นตอน:
     • เราสามารถหาปริมาตรได้ด้วยสูตร V = π (รัศมี) (ความสูง) V = π (0.375) (1.25) = 0.55 เมตร.
     • หลังจากนั้นสมมติว่าค่าเริ่มต้นสำหรับแรงโน้มถ่วงและความหนาแน่นของน้ำเราสามารถกำหนดแรงลอยตัวในถังได้ 0.55 เมตร× 1,000 กิโล / เมตร× 9.81 นิวตัน / กิโล = 5395.5 นิวตัน.
     • ตอนนี้เราต้องหาแรงโน้มถ่วงในลำกล้อง G = (20 กก.) (9.81 เมตร / วินาที) = 196.2 นิวตัน. มันน้อยกว่าแรงลอยตัวมากดังนั้นถังจะลอย

6. 

   ใช้เทคนิคเดียวกันเมื่อของเหลวของคุณเป็นก๊าซ เมื่อแก้ปัญหา ripo โปรดจำไว้ว่าของเหลวไม่จำเป็นต้องเป็นของเหลว ก๊าซยังถือว่าเป็นของเหลวและแม้ว่าจะมีความหนาแน่นต่ำกว่าเมื่อเทียบกับวัสดุประเภทอื่น แต่ก็ยังสามารถรองรับน้ำหนักของวัตถุบางอย่างได้ บอลลูนฮีเลียมธรรมดา ๆ สามารถพิสูจน์ได้ว่า เนื่องจากก๊าซในบอลลูนมีความหนาแน่นน้อยกว่าของไหลโดยรอบจึงลอย!

วิธีที่ 2 จาก 2: ทำการทดลองแทงอย่างง่าย

1. 

   วางถ้วยหรือชามขนาดเล็กในภาชนะที่ใหญ่กว่า ด้วยของใช้ในบ้านบางอย่างคุณสามารถดูหลักการของการลอยตัวได้อย่างง่ายดาย! ในการทดลองง่ายๆนี้เราจะแสดงให้เห็นว่าวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำมีประสบการณ์การลอยตัวเนื่องจากมันแทนที่ปริมาตรของของเหลวเท่ากับปริมาตรของวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำ ในขณะที่ทำสิ่งนี้เรายังสาธิตวิธีการหาแรงลอยตัวของการทดลอง ในการเริ่มต้นให้วางภาชนะขนาดเล็กเช่นชามหรือถ้วยลงในภาชนะขนาดใหญ่เช่นชามหรือถังขนาดใหญ่

2. 

   เติมภาชนะจากด้านในไปที่ขอบ จากนั้นเติมน้ำลงในภาชนะขนาดใหญ่ คุณต้องการให้ระดับน้ำอยู่เหนือขอบโดยไม่ต้องพลิกคว่ำ ระวัง! หากทำน้ำหกให้เทน้ำลงในภาชนะขนาดใหญ่ก่อนลองอีกครั้ง
   • สำหรับการทดลองนี้สามารถสันนิษฐานได้อย่างปลอดภัยว่าน้ำที่มีความหนาแน่นของน้ำมีค่ามาตรฐาน 1000 กิโล / เมตร เว้นแต่คุณจะใช้น้ำเกลือหรือของเหลวชนิดอื่นน้ำส่วนใหญ่จะมีความหนาแน่นใกล้เคียงกับข้อมูลอ้างอิง
   • หากคุณมีหลอดหยดการตรวจสอบระดับน้ำในภาชนะด้านในจะมีประโยชน์มาก

3. 

   จมวัตถุขนาดเล็ก ตอนนี้ค้นหาวัตถุขนาดเล็กที่พอดีกับภายในภาชนะด้านในและจะไม่ได้รับความเสียหายจากน้ำ หามวลของวัตถุนี้เป็นกิโลกรัม (ใช้มาตราส่วนสำหรับสิ่งนี้) จากนั้นโดยไม่ให้นิ้วเปียกให้จุ่มวัตถุลงในน้ำจนเริ่มลอยไม่งั้นคุณไม่สามารถถือได้อีกต่อไป คุณควรสังเกตว่าน้ำจากภาชนะด้านในหกเข้าไปในภาชนะด้านนอก
   • สำหรับวัตถุประสงค์ในตัวอย่างของเราสมมติว่าเรากำลังวางรถเข็นของเล่นที่มีมวล 0.05 กก. ไว้ในภาชนะด้านใน เราไม่จำเป็นต้องรู้ปริมาตรของรถเพื่อคำนวณแรงขับดังที่เราจะเห็นต่อไป

4. 

   รวบรวมและวัดปริมาณน้ำที่คุณรั่วไหล เมื่อคุณจุ่มวัตถุลงในน้ำการกระจัดของน้ำจะเกิดขึ้น ถ้าไม่เป็นเช่นนั้นก็จะไม่มีที่ว่างให้เขาลงไปในน้ำ เมื่อเขาดันของเหลวน้ำจะดันกลับทำให้เกิดแรงผลัก นำน้ำที่คุณหกใส่ถ้วยตวง ปริมาตรของน้ำจะต้องเท่ากับปริมาตรที่จมอยู่ใต้น้ำ
   • กล่าวอีกนัยหนึ่งคือถ้าวัตถุของคุณลอยปริมาตรของน้ำที่คุณหกจะเท่ากับปริมาตรของวัตถุที่จมอยู่ในน้ำ หากวัตถุของคุณจมปริมาตรของน้ำที่หกจะเท่ากับปริมาตรของวัตถุทั้งหมด

5. 

   คำนวณน้ำหนักของน้ำที่หก เนื่องจากคุณทราบความหนาแน่นของน้ำและสามารถวัดปริมาตรที่รั่วไหลได้คุณจึงสามารถหามวลได้ เพียงแค่แปลงปริมาตรเป็นเมตร (เครื่องมือแปลงออนไลน์เช่นเครื่องมือนี้จะมีประโยชน์) และคูณด้วยความหนาแน่นของน้ำ (1,000 กิโลกรัม / เมตร)
   • ในตัวอย่างของเราสมมติว่ารถเข็นของเราจมลงและเคลื่อนไปประมาณสองช้อนโต๊ะ (0.00003 เมตร)ในการหามวลของน้ำเราคูณด้วยความหนาแน่น :: 1,000 กิโลกรัม / เมตร× 0.00003 เมตร = 0.03 กิโล.

6. 

   เปรียบเทียบปริมาตรที่ถูกแทนที่กับมวลของวัตถุ เมื่อคุณทราบมวลที่จมอยู่ใต้น้ำและมวลที่ถูกแทนที่แล้วให้เปรียบเทียบเพื่อดูว่ามวลใดใหญ่กว่า ถ้ามวลของวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำในภาชนะชั้นในมีค่ามากกว่ามวลน้ำที่เคลื่อนย้ายก็จะต้องจมลง แต่ถ้ามวลน้ำที่เคลื่อนย้ายมากกว่าวัตถุนั้นจะต้องลอย นี่คือหลักการของการลอยตัว เพื่อให้วัตถุลอยได้จะต้องเคลื่อนย้ายมวลน้ำที่ใหญ่กว่าวัตถุนั้นออกไป
   • ถึงกระนั้นวัตถุที่มีมวลน้อยกว่า แต่มีปริมาณมากกว่าเป็นวัตถุที่ลอยได้มากที่สุด คุณสมบัตินี้หมายความว่าวัตถุกลวงลอย นึกถึงเรือแคนู; มันลอยได้เพราะมันกลวงจึงสามารถเคลื่อนย้ายน้ำได้มากโดยไม่จำเป็นต้องมีมวลมาก ถ้าเรือแคนูแข็งก็จะลอยได้ไม่ดี
   • ในตัวอย่างของเรารถมีมวล 0.05 กก. มากกว่าน้ำแทนที่ 0.03 กก. สิ่งนี้ยืนยันผลลัพธ์ของเรา: รถจม

เคล็ดลับ

• ใช้มาตราส่วนที่สามารถทำให้เป็นศูนย์ได้หลังจากการอ่านแต่ละครั้งเพื่อช่วยให้ได้การวัดที่แม่นยำ

วัสดุที่จำเป็น

• ถ้วยหรือชามขนาดเล็ก
• ชามหรือถังขนาดใหญ่
• วัตถุขนาดเล็กที่จมอยู่ใต้น้ำ (เช่นลูกยาง)
• ถ้วยตวง