Como calcular flutuabilidade: 12 etapas (com fotos)

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Usando a equação de flutuabilidade Executar uma flutuabilidade experimento simples

A flutuabilidade é a força que actua na direcção oposta à da gravidade e afecta todos os objectos estão imersos num fluido. Quando um objecto é colocada num fluido, o peso do objecto empurra o fluido (líquido ou gás) para baixo, enquanto a flutuabilidade empurra o objecto acima, actuando contra a gravidade. Em geral, este flutuabilidade pode ser calculada com a equação
F_b = V_s x D x g, onde F_b Flutuabilidade é, V_s é o volume do objecto submerso, D é a densidade do fluido no qual está imerso o objecto e g é a força da gravidade. Para saber como determinar a capacidade de sustentação de um objeto, leia o passo 1 abaixo para começar.

método 1Usando a equação de flutuabilidade

Encontrar o volume da parte submersa do objecto. A flutuabilidade agindo sobre um objecto é directamente proporcional ao volume do objecto que está submersa. Em outras palavras, enquanto que uma parte maior de um objecto sólido é submerso, a flutuabilidade agindo sobre ele será maior. Isto significa que mesmo objectos que se afundam num líquido com uma flutuabilidade empurra para cima. Para começar a calcular a flutuabilidade agindo sobre um objeto, normalmente o primeiro passo deve ser para determinar o volume do objeto imerso no líquido. Equação para flutuabilidade, este valor deve ser no m.

Para os objectos que estão completamente imerso no líquido, o volume submerso é igual ao volume de qualquer objecto. Para os objectos que estão a flutuar na superfície de um líquido, que vai ser considerado apenas o volume da parte que está sob a superfície do fluido.
Como exemplo, digamos que você deseja encontrar o empuxo agindo sobre uma bola de borracha flutuando na água. Se a bola é uma esfera perfeita com um diâmetro de 1 metro e submergiu flutuando na água exatamente a meio caminho, podemos encontrar o volume do submerso encontrar o volume de todo o bola e dividir por dois. Uma vez que o volume de uma esfera é (4/3) π (rádio), sabemos que o volume de nossa bola é (4/3) π (0,5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = 0,262 m submersa.

É a densidade do fluido. O passo seguinte no processo de encontrar definir flutuabilidade é a densidade (kg / m) do líquido no qual o objecto é imerso. A densidade é uma medida do peso de um objecto ou substância em relação ao seu volume. Dados dois objectos de igual volume, do objecto com a maior densidade pesará mais. Como regra geral, quanto maior for a densidade do fluido no qual um objecto é submerso, a flutuabilidade será maior. Com fluidos, é geralmente mais fácil determinar a densidade, simplesmente através da procura de materiais de referência.

No nosso exemplo, a bola está flutuando na água. Se consultarmos uma fonte acadêmica, descobrimos que a água tem uma densidade de aproximadamente 1000 kg / m.
Densidades de muitos outros fluidos comuns contida nos recursos de engenharia. Uma dessas listas pode ser encontrada aqui.

Localizar a força da gravidade (ou outra força agindo para baixo). Se um objecto de pias ou flutua no líquido em que está submerso, é sempre sujeita à força da gravidade. No mundo real, esta força descendente constante é igual a cerca de 9,81 Newton / kg. No entanto, em situações em que outra força, tal como centrífuga, que actua sobre o fluido e o objecto imerso nele, isso irá também ser tido em conta na determinação da força que actua para baixo por todo o sistema.

No nosso exemplo, se conseguirmos um sistema comum e estacionário, podemos assumir que a única força atuando para baixo sobre o fluido eo objeto é a gravidade padrão, 9,81 Newton / kg.
No entanto, se a bola estava flutuando em um balde de água a oscilar em alta velocidade em um círculo horizontal? Neste caso, partindo do princípio que o balde é oscilante com rapidez suficiente para assegurar que tanto a água e a bola não vai cair, a força que actua na presente situação teria como resultado da força centrífuga da tigela cria o equilíbrio, há a gravidade da Terra.

Multiplique o volume x densidade x gravidade. Quando você tem valores para o volume do objeto (em m), densidade do fluido (kg / m) e a força da gravidade (ou a força que atua para baixo em seu sistema), encontrar a flutuabilidade é fácil. Basta multiplicar estas três quantidades para encontrar a flutuabilidade em newton.

Nós resolver o nosso problema exemplo entrar em nossos valores na equação F_b = V_s x D x g.
F_b M = 0.262 x 1000 kg / m x 9,81 newton / kg = 2570 newton.

Encontrar se o objeto flutua comparando-a com a sua gravidade. Usando a equação de flutuabilidade, é fácil de encontrar a força que empurra um objecto cima e para fora do líquido no qual está imerso. No entanto, com um pouco de trabalho extra, mas também é possível determinar se o objecto irá flutuar ou afundar. Basta encontrar a flutuabilidade para todo o objeto (em outras palavras, usar todo o volume eo valor das V_s) Em seguida, a força da gravidade é empurrando-o para baixo com a equação L = (peso do objecto) (9,81 metros / segundo). Se a flutuabilidade é maior do que a força da gravidade, o objecto irá flutuar. Por outro lado, se a força da gravidade é maior, ele irá afundar. Se eles forem iguais, diz-se que o objecto está flutuabilidade neutra.

Por exemplo, dizer que nós queremos saber se um barril de madeira cilíndrica de 20 kg com um diâmetro de 0,75 metros e uma altura de 1,25 metros irá flutuar na água. Isso vai tomar várias medidas:

Podemos encontrar o seu volume com a fórmula para o volume de um V = π (rádio) cilindro (altura):
V = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.
Então, assumindo uma gravidade normal e água com uma densidade comum, podemos encontrar a flutuabilidade agindo no barril:
0,55 m x 1000 kg / m x 9,81 newton / kg = 5.395,5 newton.
Agora precisamos encontrar a força da gravidade agindo sobre o barril:
L = (20 kg) (9,81 m / s) = 196,2 newton. Isto é muito menos do que a flutuabilidade, de modo que o flutuador barril.

Usar a mesma abordagem quando o fluido é um gás. Ao realizar problemas de flutuabilidade, não se esqueça que o fluido em que o objeto está imerso não necessariamente tem que ser um líquido. Os gases também contam como fluidos e, embora tenham densidades muito baixas em comparação com outros tipos de material, de qualquer maneira pode suportar o peso de certos objectos flutuantes neles. Um balão de hélio simples é prova disso. Uma vez que o gás no interior do balão é menos denso do que o fluido em torno dele (o ar comum) bolhas! Flutuam!

método 2Executar uma flutuabilidade experimento simples

Coloque uma pequena tigela ou um copo dentro de um maior. Com alguns artigos para o lar, é fácil observar os princípios da flutuabilidade em ação! Nesta experiência simples, que mostram que um objecto submerso sofre flutuabilidade porque ele desloca um volume de líquido igual ao volume do objecto submerso. Ao fazer isso, vamos mostrar também como encontrar uma forma prática a flutuação de um objeto usando esta experiência. Para começar, colocar um pequeno recipiente aberto, tal como uma taça ou um copo no âmbito mais vasto, como uma bacia ou recipiente grande balde.

O recipiente interno cheio até a borda. Encha a pequena tigela de água. O nível da água deve atingir o topo do recipiente sem entornar. Tenha cuidado nesta parte! Se você derramar um pouco de água, esvaziar o recipiente maior antes de tentar novamente.

Para os fins desta experiência, podemos assumir que a água tem uma densidade padrão de 1000 kg / m. A menos que você estiver usando água salgada ou um líquido completamente diferente, a maioria dos tipos de água terá uma densidade suficientemente próximo do valor de referência como para qualquer pequena diferença não altera os resultados.
Se você tem um conta-gotas na mão, isso pode ser muito útil para coincidir com precisão água no recipiente.

Mergulhe um pequeno objeto. Depois do passo anterior, é um objecto pequeno, que pode entrar para dentro do recipiente interior e não ser danificada pela água. Encontrar o peso deste objeto em quilogramas (você pode precisar usar um equilíbrio que pode dar-lhe o peso em gramas e convertê-lo em quilogramas). Em seguida, sem deixar que seus dedos molhados, mergulhar o objeto lenta e continuamente na água até que ele começa a flutuar, ou até que você mal consegue segurar e depois solte. Deverá notar que alguma da água no recipiente interno é derramado sobre a borda do recipiente exterior.

Para os fins deste exemplo, vamos dizer que estamos a submergir um carro de brinquedo com um peso de 0,05 kg no recipiente interno. Não há necessidade de saber o volume deste carrinho para calcular a sua flutuabilidade, como veremos na próxima etapa.

Recolher e medir a água derramada. Quando um objecto imergir em água, que desloca um pouco da água-se assim fosse, não haveria espaço para entrar na água. Quando o objecto empurra a água para fora do caminho, a água empurra para trás, resultando no flutuabilidade. Leve a água que derramou o recipiente interno e derramá-la em um pequeno copo medidor. O volume de água no copo deve ser igual ao volume do objecto submerso.

Em outras palavras, se o objecto flutua, o volume de água igual ao volume vertida vai a parte do objecto é submerso abaixo da superfície da água. Se as pias objeto, o volume de água igual ao volume derramado inteira será objeto.

Calcule o peso da água derramada. Agora que você sabe a densidade da água e pode ser medido no volume copo medidor de água derramada, você pode encontrar o seu peso. Basta converter o volume em metros cúbicos (uma ferramenta de conversão on-line, esta, Pode ser útil nesta parte) e multiplicando por a densidade da água (1000 kg / m).

No nosso exemplo, vamos dizer que o carro de brinquedo afundou no recipiente interno e deslocou cerca de duas colheres de sopa (0,00003 m) de água. Para encontrar o peso da água, multiplicamos isso por sua densidade: 1000 kg / m x 0,00003 m = 0,03 kg.

Comparar o peso da água deslocada pelo objecto. Agora que você sabe o peso do objeto tanto sumergiste na água como a água se movia, compará-los para ver qual é mais elevada. Se o peso do objecto imerso no recipiente interno é maior do que a água deslocada, o objecto tem de afundar. Por outro lado, se o peso da água deslocada é mais elevado, o objecto deve flutuar. Este é o princípio de flutuação em ação: por um objeto flutuante, ele tem que deslocar uma quantidade de água maior peso ao objeto em si.

Portanto, os objetos com baixo peso, mas de alto volume são os objetos flutuantes. Esta propriedade significa que os objetos são oca particularmente flutuante. Pense em uma canoa: frota muito bem porque é oco por dentro, para que possa mover uma grande quantidade de água sem ter um peso muito elevado. Se as canoas eram sólidos, eles não flutuam muito bem.
No nosso exemplo, o carro tem mais peso (0,05 kg) do que a água deslocada (0,03 kg). Isto é consistente com o que observamos: o carro afundou.