İçerik

• adımlar
• İpuçları
• Gerekli malzemeler

İtme, bir sıvıya batırılmış tüm nesneleri etkileyen, yerçekimi yönünün tersi yönde etki eden kuvvettir. Bir nesne bir sıvıya yerleştirildiğinde, ağırlığı sıvıyı (sıvı veya gaz) iterken, kaldırma kuvveti nesneyi yukarı doğru iter ve yer çekimine karşı hareket eder. Genel anlamda, bu kuvvet denklem kullanılarak hesaplanabilir F_B = V_s × D × g, nerede F_B kaldırma kuvveti, V_s daldırılmış hacimdir, D nesnenin içine daldırıldığı sıvının yoğunluğu ve g yerçekimi kuvvetidir. Nesnenin itme kuvvetini nasıl belirleyeceğinizi öğrenmek için, başlamak için 1. adıma bakın.

adımlar

Yöntem 1/2: Kaldırma kuvveti denklemini kullanma

1. 

   Hacmi bul nesnenin batık kısmının. Bir nesneye etki eden kaldırma kuvveti, su altındaki nesnenin hacmi ile doğru orantılıdır. Başka bir deyişle, nesne ne kadar katı olursa, üzerine etki eden kaldırma kuvveti o kadar büyük olur. Bu, bir sıvıya batan nesnelerin bile onları yukarı doğru iten bir kuvvete sahip olduğu anlamına gelir. Bu yoğunluğu hesaplamaya başlamak için ilk adım, su altında kalan nesnenin hacmini belirlemektir. Denklem için bu değer metre cinsinden olmalıdır.
   • Sıvıya tamamen daldırılmış nesneler için, daldırılan hacim nesne ile aynıdır. Sıvı yüzeyinde yüzenler için sadece yüzeyin altındaki hacim dikkate alınır.
   • Örnek olarak, suda yüzen bir lastik topa etki eden kaldırma kuvvetini bulmak istediğimizi varsayalım. Top, bir metre çapında mükemmel bir küre ise ve suda yarı yarıya yüzüyorsa, kürenin toplam hacmini bularak ve ikiye bölerek batık kısmın hacmini bulabiliriz. Kürenin hacmi (4/3) π (yarıçap) ile verildiği için (4/3) π (0.5) = 0.524 metre sonucuna sahip olacağımız bilinmektedir. 0,524 / 2 = 0,262 metre su altında.

2. 

   
   
   Sıvınızın yoğunluğunu bulun. Kaldırma kuvvetini bulma sürecindeki bir sonraki adım, nesnenin battığı yoğunluğu (kilogram / metre cinsinden) belirlemektir. Yoğunluk, bir nesnenin veya maddenin hacimce göreceli ağırlığının bir ölçüsüdür. Eşit hacimli iki nesne verildiğinde, en yüksek yoğunluğa sahip olan en ağır olanıdır. Kural olarak, sıvının yoğunluğu ne kadar büyükse, uyguladığı kaldırma kuvveti o kadar büyük olur. Sıvılarla, yoğunluğu referans malzemelere bakarak belirlemek genellikle daha kolaydır.
   • Örneğimizde, top suda yüzüyor. Akademik bir güce danışarak, suyun yoğunluğunun yaklaşık olduğunu bulabiliriz. 1000 kilo / metre.
   • Diğer yaygın sıvıların yoğunlukları mühendislik kaynaklarında listelenmiştir. Böyle bir liste burada bulunabilir.

3. 

   
   
   Yerçekimi kuvvetini (veya aşağı yönlü başka bir kuvvet) bulun. Nesne ister yüzer ister tamamen su altında olsun, her zaman yerçekimi kuvvetine tabidir. Gerçek dünyada, bu sabit kuvvet eşittir 9.81 Newton / kg. Ancak, santrifüj gibi başka bir kuvvetin bir sıvı ve batık nesneye etki ettiği durumlarda, bunların toplam aşağı doğru kuvveti belirlemek için de dikkate alınması gerekir.
   • Örneğimizde, sıradan ve durağan bir sistemle uğraşıyorsak, etki eden tek kuvvetin yukarıda bahsedilen yerçekimi kuvveti olduğunu varsayabiliriz.
   • Ancak, ya topumuz bir kova su içinde yüzüyorsa, yatay bir daire içinde büyük bir hızla dönüyorsa? Bu durumda, kepçenin hem suyun hem de topun düşmemesini sağlayacak kadar hızlı döndüğünü varsayarsak, bu durumda aşağı doğru kuvvet, dünyanın yerçekimi tarafından değil, kepçenin hareketinin yarattığı merkezkaç kuvvetinden kaynaklanacaktır.

4. 

   
   
   Hacim × yoğunluk × yerçekimi ile çarpın. Nesnenizin hacmi (metre cinsinden), sıvınızın yoğunluğu (pound / metre cinsinden) ve yerçekimi kuvveti (veya sisteminizin aşağı yönlü kuvveti) için değerlere sahip olduğunuzda kaldırma kuvvetini bulmak kolaydır. Newton cinsinden kuvveti bulmak için bu üç miktarı çarpmanız yeterlidir.
   • F denklemindeki değerlerimizi değiştirerek örneğimizi çözelim_B = V_s × D × g. F_B = 0.262 metre × 1000 kilo / metre × 9.81 newton / kilo = 2570 Newton.

5. 

   Yerçekimi kuvveti ile karşılaştırarak nesnenizin yüzüp yüzmediğini öğrenin. Kaldırma kuvveti denklemini kullanarak, bir nesneyi içine daldırıldığı sıvıdan dışarı iten kuvveti bulmak kolaydır. Bununla birlikte, biraz daha fazla çalışmayla, nesnenin yüzüp batmayacağını da belirleyebilirsiniz. Basitçe nesne için kaldırma kuvvetini bulun (başka bir deyişle, tüm hacmini V olarak kullanın._s), sonra G = (nesnenin kütlesi) (9,81 metre / saniye) denklemiyle yerçekimi kuvvetini bulun. Kaldırma kuvveti yerçekiminden daha büyükse, nesne yüzer. Ama yerçekimi kuvveti daha fazlaysa batacaktır. Aynı iseler, nesnenin "nötr" olduğu söylenir.
   • Örneğin 0,75 metre çapında ve 1,25 metre yüksekliğinde 20 kilogramlık silindirik ahşap bir varilin suda yüzüp yüzmeyeceğini bilmek istediğimizi varsayalım. Bu, birkaç adım gerektirir:
     • Hacmini V = π (yarıçap) (yükseklik) formülüyle bulabiliriz. V = π (0,375) (1,25) = 0.55 metre.
     • Bundan sonra, yerçekimi ve su yoğunluğu için varsayılan değerleri varsayarak namludaki kaldırma kuvvetini belirleyebiliriz. 0,55 metre × 1000 kilo / metre × 9,81 newton / kilo = 5395.5 Newton.
     • Şimdi namludaki yerçekimi kuvvetini bulmamız gerekiyor. G = (20 kg) (9.81 metre / saniye) = 196,2 Newton. Kaldırma kuvvetinden çok daha azdır, bu nedenle namlu yüzer.

6. 

   Sıvınız bir gaz olduğunda aynı tekniği kullanın. Ripo problemlerini çözerken, sıvının sıvı olması gerekmediğini unutmayın. Gazlar da sıvı olarak kabul edilir ve diğer materyal türlerine kıyasla daha düşük yoğunluklara sahip olmalarına rağmen, yine de bazı nesnelerin ağırlığını taşıyabilirler. Basit bir helyum balonu bunun kanıtıdır. Balonun içindeki gaz, çevreleyen sıvıdan daha az yoğun olduğu için yüzer!

Yöntem 2/2: Basit bir itme deneyi gerçekleştirme

1. 

   Küçük bir fincan veya kaseyi daha büyük bir kaba koyun. Bazı ev eşyalarıyla, kaldırma kuvvetinin ilkelerini iş başında görmek kolaydır! Bu basit deneyde, su altındaki bir nesnenin, su altındaki nesnenin hacmine eşit bir sıvı hacminin yerini değiştirdiği için kaldırma kuvveti yaşadığını göstereceğiz. Bunu yaparken, bir deneyin kaldırma kuvvetini nasıl bulacağımızı da gösteriyoruz. Başlamak için, kase veya fincan gibi küçük bir kabı, daha büyük bir kase veya kova gibi daha büyük bir kaba koyun.

2. 

   Kabı içten kenara kadar doldurun. Ardından, büyük kabı suyla doldurun. Su seviyesinin devrilmeden kenarın üzerinde olmasını istersiniz. Dikkatli ol! Su dökerseniz, tekrar denemeden önce büyük kabı boşaltın.
   • Bu deney için, suyun yoğunluğuna sahip suyun standart 1000 kilo / metre değerine sahip olduğunu varsaymak güvenlidir. Tuzlu su veya farklı bir sıvı kullanmadığınız sürece, çoğu su türü referansa yakın bir yoğunluğa sahiptir.
   • Damlalık varsa, iç kaptaki su seviyesini kontrol etmek çok faydalı olabilir.

3. 

   Küçük bir nesneyi daldırın. Şimdi, iç kabın içine sığan ve sudan zarar görmeyecek küçük bir nesne bulun. Bu nesnenin kütlesini kilogram cinsinden bulun (bunun için bir ölçek kullanın). Ardından, parmaklarınızı ıslatmadan, nesneyi yüzmeye başlayana veya artık tutamayana kadar suya daldırın. İç kaptaki suyun dış kaba döküldüğünü fark etmelisiniz.
   • Örneğimizin amaçları doğrultusunda, iç konteynerin içine 0,05 kg kütleli bir oyuncak araba yerleştirdiğimizi varsayalım. Daha sonra göreceğimiz gibi, itme kuvvetini hesaplamak için arabanın hacmini bilmemize gerek yok.

4. 

   Döktüğünüz suyu toplayın ve ölçün. Bir nesneyi suya daldırdığınızda, suyun yer değiştirmesi meydana gelir; olmasaydı suya girmesi için yer kalmazdı. Sıvıyı ittiğinde, su geri itilerek itmeye neden olur. Döktüğünüz suyu alın ve bir ölçü kabına koyun. Suyun hacmi, su altındaki hacim ile aynı olmalıdır.
   • Başka bir deyişle, nesneniz yüzüyorsa, döktüğünüz suyun hacmi, suya batırılan nesnenin hacmine eşit olacaktır. Nesneniz batarsa, döktüğü suyun hacmi tüm nesnenin hacmine eşittir.

5. 

   Dökülen suyun ağırlığını hesaplayın. Suyun yoğunluğunu bildiğiniz ve dökülen hacmi ölçebildiğiniz için kütleyi bulabilirsiniz. Basitçe hacmi metreye çevirin (bunun gibi çevrimiçi bir dönüştürme aracı faydalı olabilir) ve suyun yoğunluğuyla (1000 kilo / metre) çarpın.
   • Örneğimizde, arabamızın yaklaşık iki yemek kaşığı (0,00003 metre) battığını ve hareket ettiğini varsayalım.Suyun kütlesini bulmak için yoğunluğuyla çarpıyoruz: 1000 kilo / metre × 0,00003 metre = 0,03 kilo.

6. 

   Yer değiştirmiş hacmi nesnenin kütlesi ile karşılaştırın. Artık batık kütleyi ve yer değiştirmiş kütleyi bildiğinize göre, hangisinin daha büyük olduğunu görmek için bunları karşılaştırın. İç kaptaki daldırılmış nesnenin kütlesi, yer değiştiren su kütlesinden büyükse, batmış olmalıdır. Ancak yer değiştiren su kütlesi bundan daha büyükse, nesne yüzmüş olmalıdır. Bu, kaldırma kuvveti prensibidir; bir nesnenin yüzmesi için, nesneninkinden daha büyük bir su kütlesinin yerini alması gerekir.
   • Yine de, daha düşük kütleli ancak daha büyük hacimli nesneler en çok yüzen nesnelerdir. Bu özellik, içi boş nesnelerin yüzdüğü anlamına gelir. Bir kanoyu düşünün; içi boş olduğu için yüzer, böylece büyük bir kütleye sahip olmak zorunda kalmadan çok fazla suyu hareket ettirebilir. Kanolar sağlam olsaydı, iyi yüzemezlerdi.
   • Örneğimizde, arabanın kütlesi 0.05 kg, yer değiştirmiş sudan daha büyük olan 0.03 kg. Bu bizim sonucumuzu doğruluyor: araba batıyor.

İpuçları

• Doğru ölçümler elde etmeye yardımcı olması için her okumadan sonra sıfırlanabilen bir ölçek kullanın.

Gerekli malzemeler

• Küçük fincan veya kase
• Büyük kase veya kova
• Daldırılacak küçük nesne (lastik bir top gibi)
• Ölçü kabı