Obsah

• Kroky
• Tipy
• Nezbytné materiály

Tah je síla působící v opačném směru, než je směr gravitace, který ovlivňuje všechny objekty ponořené v tekutině. Když je předmět umístěn do tekutiny, jeho hmotnost tlačí tekutinu (kapalinu nebo plyn), zatímco vztlaková síla tlačí předmět nahoru a působí proti gravitaci. Obecně lze tuto sílu vypočítat pomocí rovnice F_B = V_s × D × g, kde F_B je vztlaková síla, V_s je ponořený objem, D je hustota tekutiny, ve které je předmět ponořen, a g je gravitační síla. Chcete-li se naučit, jak určit tah objektu, začněte krokem 1.

Kroky

Metoda 1 ze 2: Použití rovnice vztlakové síly

1. 

   Najděte svazek ponořené části objektu. Vztlaková síla působící na objekt je přímo úměrná objemu objektu, který je ponořen. Jinými slovy, čím pevnější objekt, tím větší vztlaková síla na něj působí. To znamená, že i předměty, které se ponořují do kapaliny, mají sílu, která je tlačí nahoru. Chcete-li zahájit výpočet této intenzity, prvním krokem je určení objemu objektu, který je ponořen. Pro rovnici musí být tato hodnota v metrech.
   • U předmětů, které jsou zcela ponořeny v tekutině, je ponořený objem stejný jako předmět. Pro ty, kteří se vznášejí na povrchu tekutiny, se uvažuje pouze objem pod hladinou.
   • Řekněme například, že chceme najít vztlakovou sílu působící na gumovou kouli vznášející se ve vodě. Pokud je koule dokonalá koule s průměrem jednoho metru a vznáší se ve vodě napůl, můžeme najít objem ponořené části tak, že najdeme celkový objem koule a vydělíme dvěma. Protože objem koule je dán (4/3) π (poloměr), je známo, že budeme mít výsledek (4/3) π (0,5) = 0,524 metrů. 0,524/2 = Ponořeno 0,262 metrů.

2. 

   
   
   Najděte hustotu tekutiny. Dalším krokem v procesu hledání vztlakové síly je definování hustoty (v kilogramech / metr), kterou je předmět ponořen. Hustota je míra předmětu nebo relativní hmotnosti látky podle objemu. Při dvou objektech stejného objemu váží nejvíce ten s nejvyšší hustotou. Čím větší je hustota kapaliny, tím větší vztlaková síla působí. U tekutin je obecně snazší určit hustotu při pohledu na referenční materiály.
   • V našem příkladu je míč ve vodě. Po konzultaci s akademickou silou můžeme zjistit, že hustota vody je asi 1 000 kg / metr.
   • Hustoty ostatních běžných tekutin jsou uvedeny v technických zdrojích. Takový seznam najdete zde.

3. 

   
   
   Najděte gravitační sílu (nebo jinou sílu dolů). Ať už je objekt plovoucí nebo zcela ponořený, je vždy vystaven gravitační síle. Ve skutečném světě je tato konstantní síla rovna 9,81 Newtonů / kg. Avšak v situacích, kdy jiná síla, jako je odstředivka, působí na tekutinu a ponořený předmět, musí být také považována za určující celkovou sílu směrem dolů.
   • V našem příkladu, jedná-li se o obyčejný a stacionární systém, můžeme předpokládat, že jedinou silou působící dolů je gravitační síla uvedená výše.
   • Co kdyby však náš míč vznášel v kbelíku s vodou a rotoval velkou rychlostí v horizontálním kruhu? V tomto případě, za předpokladu, že kbelík se točí dostatečně rychle, aby se zajistilo, že jak voda, tak koule neklesnou, by síla dolů v této situaci byla odvozena od odstředivé síly vytvořené pohybem kbelíku, nikoli gravitací Země.

4. 

   
   
   Vynásobte objem × hustotu × gravitaci. Když máte hodnoty pro objem vašeho objektu (v metrech), hustotu tekutiny (v librách / metr) a gravitační sílu (nebo sílu vašeho systému směrem dolů), je snadné najít vztlakovou sílu. Jednoduše vynásobte tyto tři veličiny, abyste našli sílu v newtonech.
   • Řekněme si náš příklad nahrazením našich hodnot v rovnici F_B = V_s × D × g. F_B = 0,262 metrů × 1 000 kilogramů / metr × 9,81 newtonů / kilogram = 2570 Newtonů.

5. 

   Zjistěte, zda se váš objekt vznáší porovnáním s gravitační silou. Pomocí rovnice vztlakové síly je snadné najít sílu, která tlačí předmět z tekutiny, ve které je ponořena. S trochou další práce však můžete také určit, zda se objekt bude vznášet nebo klesat. Jednoduše najděte vztlakovou sílu objektu (jinými slovy, použijte celý objem jako V_s), pak najděte gravitační sílu s rovnicí G = (hmotnost objektu) (9,81 m / s). Pokud je vztlaková síla větší než gravitační síla, objekt se vznáší. Pokud je však gravitační síla větší, klesne. Pokud jsou stejné, je objekt označován jako „neutrální“.
   • Řekněme například, že chceme vědět, zda se ve vodě vznáší válcový dřevěný válec o průměru 20 kg o průměru 0,75 ma výšce 1,25 metrů. To vyžaduje několik kroků:
     • Jeho objem můžeme najít pomocí vzorce V = π (poloměr) (výška). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 metrů.
     • Poté, za předpokladu výchozích hodnot pro gravitaci a hustotu vody, můžeme určit vztlakovou sílu v barelu. 0,55 metrů × 1 000 kilogramů / metr × 9,81 newtonů / kilogram = 5395,5 Newtonů.
     • Nyní musíme najít gravitační sílu v hlavni. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196,2 Newtonů. Je mnohem menší než vztlaková síla, takže hlaveň vznáší.

6. 

   Použijte stejnou techniku, když je vaše tekutina plyn. Při řešení problémů s ripem nezapomeňte, že tekutina nemusí být kapalina. Plyny jsou také považovány za tekuté a přestože mají nižší hustotu ve srovnání s jinými typy materiálů, mohou stále podporovat hmotnost některých objektů. Důkazem toho je jednoduchý heliový balón. Protože plyn v balónu je méně hustý než okolní tekutina, vznáší se!

Metoda 2 ze 2: Provedení jednoduchého tahového experimentu

1. 

   Vložte malý šálek nebo misku do větší nádoby. U některých domácích potřeb je snadné vidět principy vztlaku v akci! V tomto jednoduchém experimentu ukážeme, že ponořený objekt má vztlak, protože vytlačuje objem tekutiny rovný objemu ponořeného objektu. Přitom také demonstrujeme, jak najít vztlakovou sílu experimentu. Chcete-li začít, vložte malý kontejner, například misku nebo šálek, do většího kontejneru, jako je větší mísa nebo kbelík.

2. 

   Naplňte nádobu zevnitř na okraj. Poté naplňte větší nádobu vodou. Chcete, aby hladina vody byla nad hranou, aniž by se překlopila. Buď opatrný! Pokud rozlijete vodu, vyprázdněte větší nádobu a zkuste to znovu.
   • Pro tento experiment je bezpečné předpokládat, že voda má hustotu vody, která má standardní hodnotu 1 000 kilogramů / metr. Pokud nepoužíváte slanou vodu nebo jinou tekutinu, většina typů vody má hustotu blízkou referenční hodnotě.
   • Pokud máte kapátko, může být velmi užitečné zkontrolovat hladinu vody ve vnitřní nádobě.

3. 

   Ponořte malý objekt. Nyní najděte malý předmět, který se vejde do vnitřní nádoby a nebude vodou poškozen. Najděte hmotnost tohoto objektu v kilogramech (použijte měřítko). Poté, aniž byste si namočili prsty, ponořte předmět do vody, dokud nezačne plavat, nebo jej už nebudete moci držet. Měli byste si všimnout, že z vnitřní nádoby vytéká voda do vnější nádoby.
   • Pro účely našeho příkladu řekněme, že do vnitřního kontejneru vkládáme hračkový vozík s hmotností 0,05 kg. Nepotřebujeme znát objem vozu, abychom mohli vypočítat tah, jak uvidíme dále.

4. 

   Sbírejte a změřte vyteklou vodu. Když ponoříte předmět do vody, dojde k přemístění vody; pokud by tomu tak nebylo, neměl by dostatek místa, aby se dostal do vody. Když tlačí kapalinu, voda tlačí zpět a způsobuje tah. Vezměte vodu, kterou jste rozlili, a vložte ji do odměrky. Objem vody se musí rovnat objemu ponořeného objemu.
   • Jinými slovy, pokud se váš objekt vznáší, objem rozlité vody bude stejný jako objem předmětu ponořeného do vody. Pokud se váš objekt potápí, objem vody, kterou vytéká, se rovná objemu celého objektu.

5. 

   Vypočítejte hmotnost rozlité vody. Protože znáte hustotu vody a můžete měřit rozlitý objem, můžete najít hmotnost. Jednoduše převeďte objem na metry (online konverzní nástroj, jako je tento, může být užitečný) a vynásobte hustotou vody (1 000 kilogramů / metr).
   • V našem příkladu řekněme, že náš vozík klesl a posunul se asi o dvě polévkové lžíce (0,00003 m).Abychom zjistili hmotnost vody, vynásobíme ji její hustotou :: 1000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 kg.

6. 

   Porovnejte posunutý objem s hmotností objektu. Nyní, když znáte ponořenou hmotu a přemístěnou hmotu, porovnejte je, abyste viděli, která je větší. Pokud je hmotnost ponořeného předmětu ve vnitřní nádobě větší než vytlačená vodní hmota, musí se potopit. Pokud je však přemístěná hmotnost vody větší než, musí se objekt vznášet. To je princip vztlaku; aby se objekt vznášel, musí přemístit větší množství vody, než je hmotnost předmětu.
   • Přesto objekty s nižší hmotností, ale s většími objemy, jsou objekty, které se nejvíce vznášejí. Tato vlastnost znamená, že se vznášejí duté objekty. Myslete na kánoi; plave, protože je dutý, takže se může pohybovat hodně vody, aniž by musel mít velkou hmotu. Kdyby byly kánoe pevné, neplávaly by dobře.
   • V našem příkladu má auto hmotnost 0,05 kg, větší než vytlačená voda, 0,03 kg. To potvrzuje náš výsledek: auto klesá.

Tipy

• K získání přesných měření použijte stupnici, kterou lze vynulovat po každém odečtu.

Nezbytné materiály

• Malý šálek nebo mísa
• Velká mísa nebo kbelík
• Malý předmět k ponoření (jako gumová koule)
• Odměrka