Cách tính độ nổi: 12 bước (có hình ảnh)

Mục lục:

Cách tính độ nổi: 12 bước (có hình ảnh)
Cách tính độ nổi: 12 bước (có hình ảnh)

Video: Cách tính độ nổi: 12 bước (có hình ảnh)

Video: Cách tính độ nổi: 12 bước (có hình ảnh)
Video: CÁCH TÍNH TRỌNG LƯỢNG - KHOA HỌC TỰ NHIÊN 6 2024, Tháng Ba
Anonim

Lực nổi là lực tác dụng ngược chiều với hướng của trọng lực tác dụng lên tất cả các vật chìm trong chất lỏng. Khi một vật được đặt trong chất lỏng, trọng lượng của nó đẩy chất lỏng (chất lỏng hoặc chất khí), trong khi lực nổi đẩy vật lên trên, tác dụng ngược lại trọng lực. Nói chung, lực này có thể được tính bằng phương trình NSNS = VNS × D × g, nơi FNS là lực nổi, VNS là thể tích phần chìm trong nước, D là khối lượng riêng của chất lưu mà vật bị ngập trong nước, và g là trọng lực. Để tìm hiểu cách xác định độ nổi của vật thể, hãy xem bước 1 để bắt đầu.

các bước

Phương pháp 1/2: Sử dụng phương trình lực nổi

Tính toán độ nổi Bước 1
Tính toán độ nổi Bước 1

Bước 1. Tìm thể tích phần chìm của vật

Lực nổi tác dụng lên vật tỉ lệ thuận với thể tích vật bị ngập nước. Nói cách khác, vật càng rắn thì lực nổi tác dụng lên nó càng lớn. Điều này có nghĩa là ngay cả những vật chìm trong chất lỏng cũng có một lực đẩy chúng lên. Để bắt đầu tính cường độ này, bước đầu tiên là xác định thể tích của vật bị ngập nước. Đối với phương trình, giá trị này phải tính bằng mét3.

  • Đối với vật ngập hoàn toàn trong chất lưu thì thể tích phần chìm bằng vật. Đối với những chất nổi trên bề mặt chất lỏng, chỉ xem xét phần thể tích bên dưới bề mặt.
  • Ví dụ, giả sử chúng ta muốn tìm lực nổi tác dụng lên một quả bóng cao su nổi trong nước. Nếu quả cầu là một khối cầu hoàn hảo, đường kính 1 mét và nổi một nửa trong nước, ta có thể tìm thể tích của phần chìm bằng cách tìm tổng thể tích của quả cầu và chia cho hai. Vì thể tích của khối cầu bằng (4/3) π (bán kính)3, được biết rằng chúng ta sẽ có kết quả là (4/3) π (0, 5)3 = 0,524 mét3. 0, 524/2 = 0,262 mét3 ngập nước.
Tính toán độ nổi Bước 2
Tính toán độ nổi Bước 2

Bước 2. Tìm mật độ của chất lỏng của bạn

Bước tiếp theo trong quá trình tìm lực nổi là xác định mật độ (tính bằng kilôgam / mét3) trong đó vật bị ngập nước. Khối lượng riêng là thước đo khối lượng tương đối của một vật hoặc chất theo thể tích. Cho hai vật có thể tích bằng nhau, vật có khối lượng riêng lớn hơn thì vật nặng hơn. Theo quy luật, khối lượng riêng của chất lỏng càng lớn thì lực nổi mà nó tác dụng càng lớn. Với chất lỏng, nhìn chung dễ dàng xác định tỷ trọng hơn bằng cách xem các tài liệu tham khảo.

  • Trong ví dụ của chúng ta, quả bóng đang nổi trên mặt nước. Tham khảo ý kiến của một lực lượng học thuật, chúng tôi có thể thấy rằng tỷ trọng của nước là khoảng 1000 kg / mét3.
  • Mật độ của các chất lỏng thông thường khác được liệt kê trong các nguồn kỹ thuật. Danh sách những thứ này có thể được tìm thấy ở đây.
Tính toán độ nổi Bước 3
Tính toán độ nổi Bước 3

Bước 3. Tìm lực hấp dẫn (hoặc lực hướng xuống khác)

Dù vật nổi hay chìm hoàn toàn thì vật đó luôn chịu tác dụng của trọng lực. Trong thế giới thực, lực không đổi này bằng 9, 81 Newton / kg. Tuy nhiên, trong các tình huống mà một lực khác, chẳng hạn như máy ly tâm, đang tác dụng lên chất lỏng và vật chìm dưới nước, thì cũng phải xem xét để xác định tổng lực hướng xuống.

  • Trong ví dụ của chúng ta, nếu chúng ta đang xử lý một hệ thống bình thường và đứng yên, chúng ta có thể giả định rằng lực duy nhất tác động xuống là lực hấp dẫn đã đề cập ở trên.
  • Tuy nhiên, điều gì sẽ xảy ra nếu quả bóng của chúng ta đang lơ lửng trong một xô nước, quay với tốc độ lớn trong một vòng tròn nằm ngang? Trong trường hợp này, giả sử rằng xô quay đủ nhanh để đảm bảo rằng cả nước và quả bóng đều không rơi xuống, lực hướng xuống trong trường hợp này sẽ xuất phát từ lực ly tâm do chuyển động của xô tạo ra, không phải trọng lực của trái đất.
Tính toán độ nổi Bước 4
Tính toán độ nổi Bước 4

Bước 4. Nhân khối lượng × mật độ × trọng lực

Khi bạn có các giá trị cho thể tích của đối tượng của mình (tính bằng mét 3), tỷ trọng của chất lỏng của bạn (tính bằng kg / mét3) và lực hấp dẫn (hoặc lực hướng xuống của hệ thống của bạn), việc tìm lực nổi rất dễ dàng. Đơn giản chỉ cần nhân ba đại lượng này để tìm lực theo niutơn.

Hãy giải ví dụ của chúng tôi bằng cách thay các giá trị của chúng tôi vào phương trình FNS = VNS × D × g. NSNS = 0,262 mét3 × 1000 kilo / mét3 × 9, 81 newton / kilo = 2570 Newton.

Tính toán độ nổi Bước 5
Tính toán độ nổi Bước 5

Bước 5. Tìm hiểu xem vật thể của bạn có nổi hay không bằng cách so sánh nó với lực hấp dẫn

Sử dụng phương trình lực nổi, có thể dễ dàng tìm được lực đẩy một vật ra khỏi chất lỏng mà vật đó chìm trong nước. Tuy nhiên, với một chút công việc, người ta cũng có thể xác định được vật thể sẽ nổi hay chìm. Đơn giản chỉ cần tìm lực đẩy của vật thể (nói cách khác, sử dụng toàn bộ thể tích của nó là VNS), sau đó tìm lực hấp dẫn với phương trình G = (khối lượng vật thể) (9,81 mét / giây2). Nếu lực nổi lớn hơn trọng lực, vật sẽ nổi. Nhưng nếu lực hấp dẫn lớn hơn, nó sẽ chìm. Nếu chúng bằng nhau, đối tượng được gọi là "trung tính".

  • Ví dụ, giả sử chúng ta muốn biết liệu một thùng gỗ hình trụ nặng 20 kg có đường kính 0,75 mét và cao 1,25 mét có nổi trên mặt nước hay không. Điều này yêu cầu một vài bước:

    • Chúng ta có thể tìm thể tích của nó bằng công thức V = π (bán kính)2(Chiều cao). V = π (0, 375)2(1, 25) = 0, 55 mét3.
    • Sau đó, giả sử các giá trị mặc định cho trọng lực và mật độ nước, chúng ta có thể xác định lực nổi trên thùng. 0, 55 mét3 × 1000 kilo / mét3 × 9, 81 newton / kilo = 5395, 5 Newton.
    • Bây giờ chúng ta cần tìm lực hấp dẫn lên thùng. G = (20 kg) (9,81 mét / giây2) = 196, 2 Newton. Nó nhỏ hơn nhiều so với lực nổi, vì vậy thùng sẽ nổi.
Tính toán độ nổi Bước 6
Tính toán độ nổi Bước 6

Bước 6. Sử dụng kỹ thuật tương tự khi chất lỏng của bạn là khí

Khi giải các bài toán dạng, đừng quên rằng chất lỏng không nhất thiết phải là chất lỏng. Chất khí cũng được coi là chất lỏng và mặc dù có tỷ trọng thấp hơn so với các loại vật chất khác, vẫn có thể hỗ trợ trọng lượng của một số vật thể. Một quả bóng khí heli đơn giản là bằng chứng cho điều đó. Vì khí của quả bóng bay ít đặc hơn so với chất lỏng xung quanh nên nó nổi!

Phương pháp 2/2: Thực hiện một thí nghiệm phao đơn giản

Tính toán độ nổi Bước 7
Tính toán độ nổi Bước 7

Bước 1. Đặt một cốc hoặc bát nhỏ vào một hộp đựng lớn hơn

Với một vài vật dụng từ nhà, thật dễ dàng để thấy các nguyên tắc nổi trong hoạt động! Trong thí nghiệm đơn giản này, chúng ta sẽ chứng minh rằng một vật thể ngập nước chịu lực đẩy vì nó làm dịch chuyển một thể tích chất lỏng bằng thể tích của vật thể ngập nước. Trong khi làm điều này, chúng tôi cũng chứng minh cách tìm lực nổi của một thí nghiệm. Để bắt đầu, hãy đặt một thùng nhỏ, chẳng hạn như bát hoặc cốc, bên trong một thùng lớn hơn, chẳng hạn như bát hoặc xô lớn hơn.

Tính toán độ nổi Bước 8
Tính toán độ nổi Bước 8

Bước 2. Đổ đầy hộp từ bên trong đến vành

Sau đó đổ đầy nước vào thùng lớn hơn. Bạn muốn mực nước cao đến mép mà không bị tràn. Hãy cẩn thận! Nếu nước bị tràn, hãy đổ hết nước trong bình chứa lớn hơn trước khi thử lại.

  • Đối với thí nghiệm này, có thể an toàn giả định rằng nước có tỷ trọng của nước có giá trị mặc định là 1000 kg / mét3. Trừ khi bạn đang sử dụng nước muối hoặc một chất lỏng khác, hầu hết các loại nước đều có tỷ trọng gần với giá trị tham chiếu.
  • Nếu bạn có ống nhỏ giọt, nó có thể rất hữu ích để kiểm tra mực nước trong vật chứa bên trong.
Tính toán độ nổi Bước 9
Tính toán độ nổi Bước 9

Bước 3. Dìm một vật nhỏ

Bây giờ, hãy tìm một vật nhỏ vừa vặn bên trong hộp đựng bên trong và không bị nước làm hỏng. Tìm khối lượng của vật này bằng ki-lô-gam (dùng cân cho trường hợp này). Sau đó, không để ngón tay bị ướt, hãy nhúng đồ vật vào nước cho đến khi nó bắt đầu nổi lên hoặc bạn không thể cầm được nữa. Bạn sẽ thấy nước từ thùng bên trong tràn ra thùng bên ngoài.

Đối với mục đích của ví dụ của chúng tôi, giả sử chúng tôi đang đặt một chiếc ô tô đồ chơi khối lượng 0,05 kg vào thùng chứa bên trong. Chúng ta không cần biết khối lượng của chiếc xe để tính lực đẩy, như chúng ta sẽ thấy ở phần tiếp theo

Tính toán độ nổi Bước 10
Tính toán độ nổi Bước 10

Bước 4. Thu thập và đo lượng nước tràn

Khi bạn nhấn chìm một vật trong nước, sự dịch chuyển của nước xảy ra; nếu không, sẽ không có chỗ cho anh ta xuống nước. Khi nó đẩy chất lỏng, nước đẩy trở lại, gây ra lực nổi. Lấy phần nước đổ ra và cho vào cốc đong. Thể tích phần nước phải bằng thể tích phần chìm.

Nói cách khác, nếu vật của bạn nổi, thể tích nước bạn đổ ra sẽ bằng thể tích của vật chìm trong nước. Nếu vật của bạn chìm xuống thì thể tích nước mà nó tràn ra bằng thể tích của cả vật

Tính toán độ nổi Bước 11
Tính toán độ nổi Bước 11

Bước 5. Tính trọng lượng của phần nước bị đổ

Vì bạn biết khối lượng riêng của nước và có thể đo thể tích đã bị tràn, bạn có thể tìm thấy khối lượng. Đơn giản chỉ cần chuyển đổi âm lượng sang mét3 (một công cụ chuyển đổi trực tuyến như công cụ này có thể hữu ích) và nhân nó với mật độ của nước (1000 kg / mét3).

Trong ví dụ của chúng tôi, giả sử giỏ hàng của chúng tôi bị chìm và lệch khoảng hai muỗng canh (0, 00003 mét)3). Để tìm khối lượng của nước, chúng ta nhân với khối lượng riêng của nó:: 1000 kilo / mét3 × 0,0003 mét3 = 0,03 kg.

Tính toán độ nổi Bước 12
Tính toán độ nổi Bước 12

Bước 6. So sánh khối lượng bị dịch chuyển với khối lượng của vật thể

Bây giờ bạn đã biết khối lượng ngập nước và khối lượng bị dịch chuyển, hãy so sánh chúng để xem khối lượng nào lớn hơn. Nếu khối lượng của vật bị chìm trong lòng bình lớn hơn khối lượng của phần nước bị dịch chuyển thì nó hẳn đã bị chìm. Nhưng nếu khối lượng dịch chuyển của nước lớn hơn khối lượng đó thì vật đó phải nổi. Đây là nguyên tắc nổi; Để một vật nổi, nó phải dịch chuyển một khối nước lớn hơn vật đó.

  • Ngoài ra, những vật có khối lượng nhỏ hơn nhưng thể tích lớn hơn là những vật nổi nhiều nhất. Tính chất này có nghĩa là các vật thể rỗng nổi. Hãy nghĩ về một chiếc ca nô; nó nổi bởi vì nó rỗng, vì vậy nó có thể chuyển rất nhiều nước mà không cần phải có khối lượng lớn. Nếu những chiếc ca nô chắc chắn, chúng sẽ không nổi tốt.
  • Trong ví dụ của chúng ta, chiếc ô tô có khối lượng 0,05 kg, lớn hơn khối lượng của nước là 0,03 kg. Điều này xác nhận kết quả của chúng tôi: chiếc xe chìm.

Đề xuất: