Info

Šta je plutajuća sila? Poreklo, načela, formule

Šta je plutajuća sila? Poreklo, načela, formule

Plovidba je sila koja omogućuje da čamci i kugle za plažu plutaju po vodi. Pojam plutajuća sila odnosi se na silu usmjerenu prema gore koju fluid (bilo tekućina ili plin) djeluje na objekt koji je djelomično ili u potpunosti uronjen u fluid. Plavušna sila takođe objašnjava zašto stvari lakše podvodimo pod vodom nego na kopnu.

Ključni potezi: plutajuća sila

  • Izraz plutajuća sila odnosi se na sila usmjerenu prema gore koju fluid djeluje na objekt koji je djelomično ili u potpunosti uronjen u fluid.
  • Snaga uzgona nastaje zbog razlika u hidrostatičkom pritisku - pritisku koji vrši statička tečnost.
  • Arhimedov princip kaže da je plovna sila koja djeluje na objekt koji je djelomično ili u potpunosti potopljen u neku tekućinu jednaka težini tečnosti koju predmet pomiče.

Eureka trenutak: prvo zapažanje uzgona

Prema rimskom arhitektu Vitruviju, grčki matematičar i filozof Arhimed prvi je otkrio uzgon u 3. stoljeću prije Krista. dok se zbunio nad problemom koji mu je postavio sirakuški kralj Hiero II. Kralj Hiero je sumnjao da njegova zlatna kruna, izrađena u obliku vijenca, nije zapravo napravljena od čistog zlata, već mješavine zlata i srebra.

Navodno, dok se kupao, Arhimed je primijetio da što više tone u kadu, više vode iz nje istječe. Shvatio je da je to odgovor na njegovo nevolje i pojurio je kući dok je plakao „Eureka!“ („Našao sam ga!“) Zatim je napravio dva predmeta - jedan zlatni i jedan srebrni - koji su imali istu težinu kao i kruna, i svaki bacio u posudu napunjenu do oboda vodom.

Arhimed je opazio da je srebrna masa uzrokovala da iz posude istječe više vode nego zlatna. Zatim je opazio kako njegova "zlatna" kruna uzrokuje da više vode istječe iz posude u odnosu na predmet od čistog zlata koji je stvorio iako su dvije krune bile jednake težine. Tako je Arhimed pokazao da njegova kruna doista sadrži srebro.

Iako ova priča ilustrira princip plovnosti, možda je legenda. Arhimed nikada nije sam zapisao priču. Nadalje, u praksi, ako se maleni iznos srebra zaista zamijeni za zlato, količina premještene vode bila bi premala da bi se pouzdano izmjerila.

Prije otkrića uzgona, vjerovalo se da oblik predmeta određuje hoće li ili ne plutati.

Plovidljivost i hidrostatski pritisak

Uzletna sila nastaje zbog razlika u hidrostatski pritisak - pritisak koji vrši statička tečnost. Lopta koja je postavljena više u fluid, iskusit će manji pritisak od iste kugle postavljene dalje. To je zato što ima više tekućine, a samim tim i veće težine, djelujući na lopticu kada je dublje u fluidu.

Dakle, pritisak na vrhu predmeta je slabiji od pritiska na dnu. Tlak se može pretvoriti u silu pomoću formule Force = Pritisak x Površina. Neto sila je usmjerena prema gore. Ova neto sila - koja pokazuje prema gore bez obzira na oblik predmeta - jeste sila uzgona.

Hidrostatski tlak je dat P = rgh, gdje je r gustoća tečnosti, g je ubrzanje zahvaljujući gravitaciji, a h je dubina unutar tečnosti. Hidrostatski tlak ne ovisi o obliku tekućine.

Arhimedov princip

The Arhimedov princip navodi da je uzgojna sila koja djeluje na objekt koji je djelomično ili potpuno uronjen u fluid te jednaka težini tečnosti koju objekt pomiče.

To se izražava formulom F = rgV, gdje je r gustoća tekućine, g je ubrzanje zahvaljujući gravitaciji, a V volumen tekućine koji je pomaknut objektom. V je jednak obujmu predmeta samo ako je on potpuno potopljen.

Ploča sila je uzlazna sila koja se suprotstavlja silaznoj sila gravitacije. Jačina plovane sile određuje da li će neki predmet potonuti, lebdjeti ili se uzdići kad je potopljen u fluid.

  • Objekt će potonuti ako je gravitaciona sila koja djeluje na njega veća od plovne sile.
  • Objekt će plutati ako je gravitaciona sila koja djeluje na njega jednaka plovnoj sili.
  • Objekt će se povećati ako gravitaciona sila koja djeluje na njega manja je od plovne sile.

Iz formule se takođe može izvući nekoliko drugih zapažanja.

  • Potopljeni predmeti koji imaju jednaku količinu istisnut će istu količinu tekućine i iskusiti istu veličinu plovne sile, čak i ako su predmeti napravljeni od različitih materijala. Međutim, ovi će se predmeti razlikovati po težini i plutati, podizati se ili tone.
  • Zrak, koji ima gustinu otprilike 800 puta nižu od vode, iskusit će mnogo manju plovnu silu od vode.

Primjer 1: Djelomično uronjena kocka

Kocka zapremine 2,0 cm3 potopljen je na pola puta u vodu. Koja je plovna sila koju doživljava kocka?

  • Znamo da je F = rgV.
  • r = gustoća vode = 1000 kg / m3
  • g = gravitacijsko ubrzanje = 9,8 m / s2
  • V = polovina zapremine kocke = 1,0 cm3 = 1.0*10-6 m3
  • Dakle, F = 1000 kg / m3 * (9,8 m / s2) * 10-6 m3 = .0098 (kg * m) / s2 = .0098 Njuti.

Primer 2: Potpuno uranjana kocka

Kocka zapremine 2,0 cm3 potopljen je u potpunosti u vodu. Koja je plovna sila koju doživljava kocka?

  • Znamo da je F = rgV.
  • r = gustina vode = 1000 kg / m3
  • g = gravitacijsko ubrzanje = 9,8 m / s2
  • V = zapremina kocke = 2,0 cm3 = 2.0*10-6 m3
  • Dakle, F = 1000 kg / m3 * (9,8 m / s2) * 2,0 * 10-6 m3 = .0196 (kg * m) / s2 = .0196 Newtons.

Izvori

  • Biello, David. „Činjenica ili fikcija ?: Arhimed je skovao termin„ Eureka! “ u kupatilu. " Naučno američki, 2006, //www.scientistamerican.com/article/fact-or-fiction-archimede/.
  • „Gustina, temperatura i slanost.“ Univerzitet na Havajima, //manoa.hawaii.edu/exploringourfluidearth/physical/density-effects/density-temperature-and-salinity.
  • Rorres, Chris. "Zlatna kruna: uvod." Univerzitet u Njujorku, //www.math.nyu.edu/~crorres/Archimedes/Crown/CrownIntro.html.

Pogledajte video: Biblical Series I: Introduction to the Idea of God (Septembar 2020).