Hoe om dryfkrag te bereken: veelvuldige voorwerpe, probleemvoorbeelde en feite


Die dryfkrag wat op die voorwerpe in die vloeistofmedium uitgeoefen word, word opwaarts op die vloeistof toegepas en verseker dat die voorwerp op die vloeistof dryf, sink of styg.

Die dryfkrag wat op die voorwerp uitgeoefen word, volg Archimedes se beginsels: verskeie entiteite soos gewig, digtheid en aard van die vloeibare medium is betrokke. Deur al hierdie entiteite te gebruik, laat ons leer hoe om dryfkrag te bereken en die probleme rakende die dryfkrag.

Om die dryfkrag te bereken, moet die stappe hieronder gevolg word:

  • Vind die volume van die voorwerp wat ondergedompel is –Aangesien die voorwerp se volume in die vloeibare medium grootliks deur die dryfkrag beïnvloed word; daarom moet ons hulle vind.
  • Vind die digtheid van die voorwerp en die vloeistofmedium –Digtheid van beide die voorwerp en die vloeistof is nodig omdat digtheid 'n belangrike rol speel in die uitoefening van dryfkrag.
  • Vind die swaartekrag of 'n afwaartse krag –die dryfkrag is 'n opwaartse krag, so dit moet gebalanseer word deur 'n afwaartse krag; dus moet óf swaartekrag óf enige afwaartse krag wat op die voorwerp in die medium inwerk, uitgevind word.

Dryfkragformule

Aangesien ons weet dat digtheid, volume en die afwaartse krag soos swaartekrag die dryfkrag direk beïnvloed deur al hierdie entiteite te gebruik, word die algemene formule vir dryfkrag gegee deur

Fb=V×ρ×g

Waar; V is die volume van die vloeistof, ρ is die digtheid van die vloeistof, en g is die versnelling as gevolg van swaartekrag.

Hierdie formule gee die dryfkrag van die vloeistofmedium wat op die voorwerp uitgeoefen word volgens die Archimedes-beginsel.

Hoe om dryfkrag met digtheid te vind?

Digtheid is niks anders as die massa per volume-eenheid van die stof nie, so die digtheid van die vloeistof is noodsaaklik om die entiteit te ken om dryfkrag te bereken.

  • Die digtheid van die vloeistof word gegee deur die formule, p=m/vf
  • Waar ρ die vloeistofdigtheid is, m die massa is, en V die vloeistofvolume is.
  • Die formule kan die volume van die vloeistof bereken; Vf=l×b×h; waar l die lengte is, w die breedte en h die hoogte is.

Deur die waarde van digtheid en volume te vervang, word die dryfkrag deur die formule, F, berekenb=ρgV.

Byvoorbeeld, 'n Voorwerp met 'n massa van 4 kg word ondergedompel in 'n vloeistofmedium waarvan die volume 8m is3 hulle hoe om dryfkrag van die vloeistof te bereken? Neem versnelling as gevolg van swaartekrag as 9.8m/s2.

Gegee – die massa van die voorwerp, m=4kg

Volume V=8m3

Die digtheid van die vloeistof ρ word gegee deur

p=m/vf

p=4/8

ρ =0.5kg/m3

Die dryfkrag met digtheid word gegee deur

Fb= ρgV

Deur die waarde van al die gegewe waardes te vervang, kry ons

Fb=(0.5)(8)(9.8)

Fb= 39.2N

Hoe om die dryfkrag van 'n drywende voorwerp te bereken?

Die bogenoemde berekening betrokke by die dryfkrag gee die hoeveelheid krag wat op die voorwerp uitgeoefen word om dit uit die onderwater toestand te stoot. Dit is redelik maklik om te bereken, maar hoe om dryfkrag vir 'n drywende voorwerp te bereken?

  • Daar word gesê dat 'n voorwerp sweef wanneer die dryfkrag meer is as die gravitasiekrag. 'n Paar ekstra werk moet gedoen word om die dryfkrag op die drywende voorwerp te vind. Die stappe wat gevolg moet word om die drywende dryfkrag te vind, word hieronder gegee.
  • Bereken eers die hele dryfkrag wat op die voorwerp in die vloeistof inwerk, maw gebruik die hele volume.
  • Vind dan die gravitasiekrag wat die voorwerp afwaarts druk deur die vergelyking, W=mg; waar m die massa van die voorwerp is en g die versnelling as gevolg van swaartekrag, ook bekend as die voorwerp se gewig.
  • As die krag van dryfkrag en swaartekrag minder is as die dryfkrag, dan dryf die voorwerp op die vloeistof.
Lêer:Buoyancy.svg - Wikimedia Commons
Hoe om dryfkrag van 'n voorwerp te bereken
Image krediete: Wikimedia commons

'n Opgeloste voorbeeld kan duidelik wees om te verstaan die drywende dryfkrag krag berekening.

'n Voorwerp met massa 12kg en digtheid 0.58kg/m3 word in 'n vloeistof laat val. Hoe om dryfkrag te bereken wat op die voorwerp uitgeoefen word om op die vloeistof te dryf?

Gegee – die massa van die voorwerp m=12kg

Die digtheid van die voorwerp ρ=0.58kg/m3

Die volume van die voorwerp kan gegee word as

V=m/p

Deur die waarde van m en ρ te vervang,

V=12/0.63

V=20.68m3

Die dryfkrag wat inwerk word gegee deur

Fb=ρgV

Fb=(0.58)(9.8)(20.68)

Fb= 127.67N

Die gewig van die voorwerp word gegee deur

W=mg

W=(12)(9.8)

W=117.6N

Aangesien die waarde van dryfkrag meer is as die waarde van die swaartekrag, dryf die voorwerp op die vloeistof.

Hoe om dryfkrag in lug te bereken?

Die dryfkrag in die lug word geassosieer met lugverplasing met die voorwerp. Die berekening van dryfkrag in die lug verskil heelwat van die algemene dryfkragberekening omdat die lugdigtheid baie kleiner is.

  • Die berekende lugdigtheid is ongeveer gelyk aan 1.3×10-3kg / m3.
  • Bereken dan die digtheid van die voorwerp wat in die lugmedium dryf.

Ons weet dat wanneer die dryfkrag in die opwaartse rigting inwerk, die swaartekrag probeer om die voorwerp afwaarts te trek. Die voorwerp kan slegs in die lug dryf wanneer die dryfkrag groter is.

In die lugmedium moet die dryfkrag gelyk wees aan die voorwerp se gewig vir doeltreffende drywing; dus kan ons skryf.

Fb=m*g

Waar m die massa van die voorwerp is en g die versnelling as gevolg van swaartekrag. Maar in die lug kan die massa herskryf word as

m=pa/p; waar ρa is die digtheid van die lug en ρ is die digtheid van die voorwerp.

Deur die waarde van massa in die dryfkragvergelyking te vervang, kry ons

Fb=pa/p*g

Die probleem wat hieronder gegee word, help jou om beter te verstaan.

Hoe om dryfkrag op 'n goue muntstuk met 'n digtheid 19g in die lugmedium te bereken?

Ons weet dat die digtheid van goue munt ρg=19g/cm3

Die digtheid van die lug ρa=0.0013g/cm3

Die dryfkrag wat op die goue muntstuk in die lug inwerk word gegee deur

Fb=pa/p*g

Fb= 0.0013 / 19 * 9.8

Fb=(6.83×10-5) 9.8

Fb= 6.705 × 10-4N

Hoe om dryfkrag in water te bereken?

Water verplaas volume met die digtheid van die water word gebruik om die dryfkrag in die water te bereken.

  • As die voorwerp heeltemal onder water is, moet 100% van die volume vir die berekening in ag geneem word.
  • As die voorwerp gedeeltelik onder water is, moet 50% van die volume in ag geneem word.
  • As die voorwerp in slegs 'n kwart onder water is, moet slegs 25% van die volume in ag geneem word.
Lêer:Buoyancy corr.svg - Wikimedia Commons
Dryfkrag van 'n voorwerp in water
Image krediete: Wikimedia commons

Die oorblywende berekening van die dryfkrag is soortgelyk aan die algemene dryfkragberekening.

’n Liggaamsmassa van 15 kg en digtheid van 0.55 kg/m3 is gedeeltelik in die water ondergedompel. Hoe om dryfkrag te bereken wat op die voorwerp inwerk?

Ons weet dat digtheid van die voorwerp ρ=0.55kg/m3

Massa van die voorwerp m=15kg

Volume word gegee deur;V=m/p

V=15/0.55

V=27.27m3

Aangesien die voorwerp gedeeltelik onder water is, is sy volume in die water gelyk aan die helfte van sy totale volume; dus volume V=13.635m3.

Die dryfkrag kan gegee word deur

Fb=ρgV

Fb=(0.55)(9.8)(13.635)

Fb=73.492N.

Hoe om die dryfkrag van 'n ballon te bereken?

Om die dryfkrag van 'n ballon te vind, moet ons die luggevulde volume binne die ballon ken, wat die berekening ietwat anders maak.

Die lug self, met 'n lae digtheid, ondersteun steeds sekere voorwerp om daarin te dryf. Sommige ballonne, soos heliumgasballonne, het minder digtheid as die lug. Dit is dus maklik vir ballonne om daarop te dryf.

Wanneer die ballonne met gas gevul word, kry dit 'n vorm wat soos 'n sfeer lyk; dus moet ons die volume van die sfeeruitdrukking bereken as,

V=4/3πr3

Toe om die digtheid te ken en massa, kan ons maklik die dryfkrag bereken.

'n Ballon word met die lug gevul en vorm 'n sfeer met 'n radius van 5 cm en word toegelaat om in die lug te vaar. Hoe om dryfkrag te bereken wat op die ballon inwerk om in die lug op te lig?

Gegee – die radius van die ballon r=5cm.

Die volume van die ballon word gegee deur

V=4/3πr3

V=4/3(3.14)*23

V=33.49m3.

Die dryfkrag word gegee deur

Fb=ρgV

Die digtheid van die lug is ρ=1.3kg/m3.

Deur die waardes te vervang, kry ons

Fb=(1.3)(9.8)(33.49)

Fb=426.66N.

Hoe om die dryfkrag van 'n boot te bereken?

Die boot dryf altyd op die oppervlak van die water; die dryfvermoë van die boot moet bereken word deur die hele volume van die boot in ag te neem.

Volgens die Archimedes-beginsel is die opwaartse krag wat op die ondergedompelde liggaam uitgeoefen word gelyk aan die gewig van die vloeistofverplasing. En hierdie verplasing werk ook in die opwaartse rigting na die middel van die massa van vloeistofverplasing.

hoe om dryfkrag te bereken
Dryfkrag op die boot

Die vergelyking van dryfkrag is

Fb=v*f/v=v*mg/v

Maar m/v=p

Fb=ρgV

Vir 'n boot wat op die water vaar, word die dryfkrag gegee deur

Fb=W/Wa

Waar; W is die voorwerp se gewig in die water, Wa is die gewig van die voorwerp in die lug.

Hoe om dryfkrag op 'n onderwater voorwerp te bereken?

Vir 'n onderwater voorwerp is die volume dieselfde as die verplaasde volume in die vloeistof, en dus kan ons maklik die dryfkrag van 'n onderwater voorwerp met dieselfde vergelyking vind.

Fb=ρgV

Vir 'n onderwater voorwerp moet die gewig van die vloeistofverplasing gevind word. Die gewig van die verplaasde vloeistof word gegee deur

Wf=ρ×V

Hoe om die grootte van dryfkrag te bereken?

Die grootte van die dryfkrag is altyd gelyk aan die grootte van sy gewig. Dit is slegs waar wanneer die voorwerp dryf. Kom ons verstaan ​​hierdie konsep deur 'n voorbeeld te oorweeg van 'n plaat met dikte t en digtheid ρs wat op die water se oppervlak dryf met massa m.

Aangesien die grootte van die dryfkrag gelyk is aan die grootte van die gewig van water gegee deur

WwwAtg; waar A die oppervlakte van die blad is.

Die grootte van die gewig van die blad word gegee deur,

WssAtg+mg

Maar Volgens Archimedes se beginsel

Ws=Ww

ρwAtg= ρsAtg+mg

mg= ρwAtg- ρsAtg

m=ρwBy-ρsAt

m=A(ρwt-ρst)

A=m/Pwt- Pst

Hoe om dryfkrag op 'n kubus te bereken?

Wanneer 'n kubus in die vloeistof ondergedompel word, is sy volume gelyk aan die kubieke waarde van elke kant. Deur dit as 'n verwysing te gebruik, kan ons die dryfkrag op die kubus bereken.

Lêer:Forces on an immersed cube.png - Wikimedia Commons
Dryfkrag op ondergedompelde kubus
Image krediete: Wikimedia commons

Byvoorbeeld, 'n kubus met sylengte 2 cm word in 'n olie met 'n digtheid van 800 kg/m gedompel3. Bereken die dryfkrag wat op die kubus inwerk.

Die sylengte van die kubus l=2cm=0.2m.

Die volume van die kubus kan bereken word as

V=l3=(0.2)3= 0.008m3

Die dryfkrag Fb=ρgV

Kom ons neem g=9.8m/s2.

Deur die waardes in die bogenoemde vergelyking te vervang,

Fb=(800)(9.8)(0.008)

Fb=62.72N.

Nog 'n paar probleme opgelos

'n Liggaam met 'n massa van 0.56 kg is ondergedompel in 'n vloeistof met 'n digtheid van 910 kg/m3. Bereken die dryfkrag wat in daardie vloeistof op die liggaam inwerk. En bereken dus die gewig van die vloeistofverplasing.

Oplossing:

Gegee – die massa van die liggaam, m=0.56kg

Die digtheid van die vloeistofmedium ρ=910kg/m3

Versnelling as gevolg van swaartekrag g=9.8m/s2.

Die volume van die liggaam in die vloeistof is

V=m/p

V=0.56/910

V=6.153×10-4m3

Die dryfkrag wat in die vloeistof op die liggaam uitgeoefen word

Fb=ρgV

Fb=(910)(9.8)(6.153×10-4)

Fb=5.488N.

'n Blad met 'n lengte van 20 cm, 'n breedte van 9 cm en 'n hoogte van 0.88 cm dryf in 'n vloeistof met 'n digtheid van 998 kg/m3. Bereken die dryfkrag wat op die voorwerp uitgeoefen word en bereken dus die gewig van die voorwerp om op die vloeistof te dryf. (Neem versnelling as gevolg van swaartekrag g=10m/s2)

Oplossing:

Gegewe – lengte van die gegewe blad, m=20cm=0.2m

Breedte van die blad w=9cm=0.09m

Hoogte van die blad h=0.88cm=0.0088m

Digtheid van die vloeistof medium ρ=998kg/m3

Eerstens moet ons die volume van die blad vind

V=lwh=(0.2)(0.09)(0.0088)

V=1.58×10-4m3

Die dryfkrag wat op die plaat in die vloeibare medium inwerk is

Fb=ρgV

Fb=(998)(10)(1.58×10-4)

Fb=1.580N.

'n Ballon word geblaas met 'n gas met 'n digtheid van 0.89 kg/m3 en toegelaat om in die lug te dryf met 'n digtheid van 1.22kg/m3. Die ballon het 'n bolagtige struktuur met 'n radius van 0.32m gevorm. Bereken die dryfkrag wat op die ballon toegepas word en die volume van die ballon.

Oplossing:

Gegee – die digtheid van die ballon gevul met die gas ρb=0.89kg/m3

Die digtheid van die lug ρa=1.22kg/m3

Die radius van die ballon r=0.32m.

Die dryfkrag word bereken as

Fb=Pa/Pb*g

Fb=1.22/0.89g

Fb=1.32N.

Die volume van die ballon gevul met gas word gegee deur

V=4/3πr3

V=4/3(3.14)(.323)

V=0.137m3.

Kyk of die gegewe liggaam sink of dryf op die vloeistofdigtheid van 1025kg/m3. Gegee dat die massa van die voorwerp 46 kg is.

Oplossing:

Gegee – die digtheid van die vloeistof ρ=1025kg/m3

Die massa van die gegewe liggaam m=46kg.

Versnelling as gevolg van swaartekrag g=9.8m/s2.

Die volume van die liggaam in die vloeistof v word gegee deur

V=46/1025

V=0.044m3

Die dryfkrag wat in die vloeistof op die liggaam inwerk

Fb=ρgV

Fb=(1025)(9.8)(0.044)

Fb= 450.8N

Die swaartekrag wat op die liggaam inwerk W=mg

W=(46)(9.8)

W = 450.8

Aangesien die gewig van die liggaam en die dryfkrag wat op die liggaam uitgeoefen word, gelyk is; dus is die liggaam onder neutrale dryftoestand. Die liggaam sink nie in die vloeistof nie, en styg ook nie in die vloeistof nie.

Keerthi Murthi

Ek is Keerthi K Murthy, ek het nagraadse studie in Fisika voltooi, met die spesialisasie in die veld van vastestoffisika. Ek beskou fisika nog altyd as 'n fundamentele vak wat aan ons daaglikse lewe gekoppel is. As 'n wetenskapstudent geniet ek dit om nuwe dinge in fisika te verken. As skrywer is my doel om die lesers op die vereenvoudigde wyse deur my artikels te bereik. Bereik my – keerthikmurthy24@gmail.com

Onlangse plasings