Гідростатична сила плавучості - механіка рідини
На вас чекають більше навчальних відео та численні матеріали:
Повний пакет для студентів технічного факультету
Відео завантажується .
Якщо відео не з’явиться через деякий час:
Посібник для перегляду відео
Відомо, що тіло в рідині (наприклад, у воді) має меншу вагу, ніж якби тіло було "на суші". Це можна дуже легко виміряти, наприклад, за допомогою пружинного динамометра. Тіло вимірюють «на суші», потім занурюють у воду і знову вимірюють вагу. Ви побачите, що тіло менше важить у воді. Це означає, що сила повинна протидіяти вазі рідини, що розглядається. Ця сила, яка протидіє силі ваги, називається Плавучість $ F_A $. З іншого боку, підйомник - це сама зовнішність.
Причиною створення плавучості є гідростатичний тиск (також гравітаційний тиск), який різний за розмірами на різних глибинах (чим глибший, тим більший).
Ліфт можна отримати з нього. Так як тиску на меншій глибині $ h_1 $ менше, ніж на більшій глибині $ h_2 $, спочатку застосовується наступне:
$ p_1 Натисніть тут, щоб розгорнути
Закон Архімеда
Сила плавучості, що діє на тіло, становить рівний вага кількості витісненої ним рідини.
Тож плавучість відповідає Вага витісненої рідини (Архімедівський принцип):
Вага кількості рідини $ G_ $, яка витісняється тілом, може бути розрахована за формулою:
метод
$ F_A = G_ = \ rho_ \; g \; V_ $ Плавучість
Сила плавучості $ F_A $ враховує щільність рідини $ \ rho_ $, гравітаційне прискорення $ g = 9,81 \ frac $ та об'єм витісненої кількості рідини $ V_ $ (= об'єм тіла).
З наведеного рівняння можна зробити висновок, що Плавучість на тілі, чим більший його занурений об’єм, тим він більший. У той же час об’єм зануреного тіла витісняє не менш великий об’єм рідини.
Зауважте
Плавучість призводить до того, що організм відчуває втрату ваги. Тоді його ефективна вага лише
метод
$ m $ маса тіла
Тому можна стверджувати, що тіло, занурене в рідину, відчуває плавучість, що призводить до зменшення ефективної ваги тіла. Сила плавучості - це вага витісненого об’єму води (а не вага тіла).
Раковина, підйом, плавання
Наступне питання полягає в тому, чи занурене тіло тоне, піднімається чи знаходиться в рівновазі (плаває). Для цього ми маємо порівняти вагу тіла із силою плавучості:
метод
$ F_ = F_A - G_ $ Отримана потужність
$ F_A = \ rho_ \ cdot g \ cdot V_ $
З вищенаведеної формули можуть випливати три випадки:
Випадок 1: $ G_ F_A $
Отримана сила $ F_ $ вказує вертикально вниз. Тіло рухається вниз.
Випадок 3: $ G_ = F_A $
Отримана сила дорівнює нулю, і тіло залишається у своєму положенні (воно плаває). У цій ситуації проблематичними є навіть незначні зміни статичного тиску, які призводять до руху тіла вгору-вниз.
Підсумок підйому
Якщо тіло занурено в рідину, тиск на дно більший, ніж на верх. Це призводить до вертикальної сили підйому тіла вгору. Ця плавучість відповідає вазі витісненої рідини (закон Архімеда). Якщо середня щільність тіла менше щільності рідини, сила плавучості перевищує силу ваги. Тоді працюй Ні Якщо на нього діють інші сили (наприклад, горизонтальні сили), тіло піднімається і плаває. З іншого боку, якщо її щільність більше щільності рідини, тіло опускається вниз. Якщо ж щільність однакова, тіло залишається у своєму положенні.
Приклад: сила підйому та результуюча сила
приклад
Нехай дадуть дві кульки, обидві занурені у воду. Одна кулька виготовлена зі сталі щільністю $ \ rho = 7,85 кг/дм ^ 3 $, інша кулька виготовлена з дерева щільністю $ \ rho = 0,8 кг/дм ^ 3 $. Дві кульки мають діаметр 200 мм. Вода має щільність $ \ rho = 999,97 кг/м ^ 3 $.
Наскільки великі сили плавучості двох куль?
Яка результуюча сила двох куль? Що саме відбувається з кульками?
Перш за все, визначаються сили плавучості двох куль. Сила плавучості дорівнює вазі кількості води, витісненої кульками. Це означає, що враховуються щільність води, об’єм тіла (= об’єм витісненої води) та гравітаційне прискорення:
$ F_A ^ = 999,97 \ frac \ cdot 9,81 \ frac \ cdot \ frac \ pi \ cdot (0,1 м) ^ 3 = 41,09 N $.
$ F_A ^ = 999,97 \ frac \ cdot 9,81 \ frac \ cdot \ frac \ pi \ cdot (0,1 м) ^ 3 = 41,09 N $.
Як вже було описано вище, сила підйому - це сила, спрямована вертикально вгору (оскільки сила на нижній стороні більша, ніж сила на верхній стороні). Оскільки тут передбачається позитивна вища вісь z, $ F_A $ є додатною.
Обидві сили плавучості однакові, оскільки враховується лише щільність води та об'єм куль. Оскільки обидва мають однаковий об'єм, сили плавучості також однакові. Однак дерев’яна куля має набагато меншу щільність, ніж сталева. Результат тепер можна використовувати для визначення того, що саме відбувається з кульками у воді.
$ F_ ^ = (999,97 \ frac - 7850 \ frac) \ cdot 9,81 \ frac \ cdot \ frac \ cdot \ pi \ cdot (0,1 м) ^ 3 = -281,48 N $.
Негативний знак означає, що результуюча сила спрямована вниз. Це в свою чергу означає, що м'яч рухається вниз.
$ F_ ^ = (999,97 \ frac - 800 \ frac) \ cdot 9,81 \ frac \ cdot \ frac \ cdot \ pi \ cdot (0,1 м) ^ 3 = 8,22 N $.
Позитивний знак означає, що результуюча сила спрямована вгору. Це в свою чергу означає, що м'яч рухається вгору.
Глибина занурення тут не впливає, поки куля повністю занурена.
Відео: Гідростатична сила плавучості
Відео завантажується .
Якщо відео не з’явиться через деякий час:
Посібник для перегляду відео
Інший цікавий зміст за темою
Розміри конструкції автомобіля
Можливо, тема розмірів для конструкції автомобіля (класи автомобілів) з нашого онлайн-курсу також для вас Техніка автомобіля Цікаво.
Взаємодія кількох сил
Можливо, тема взаємодії кількох сил (кінетика: причина рухів) з нашого онлайн-курсу також для вас фізика Цікаво.
Інерційна система
Можливо, тема інерційної системи (кінетика точки маси) з нашого онлайн-курсу також для вас Інженерна механіка 3: динаміка Цікаво.