Nguvu ya boya ni nguvu iliyo kinyume na mvuto, ambayo huathiri vitu vyote vilivyozama ndani ya giligili. Wakati kitu kinapowekwa kwenye giligili, umati wa kitu hukandamiza dhidi ya majimaji (kioevu au gesi), wakati nguvu ya kusukuma inasukuma kitu dhidi ya mvuto. Kwa ujumla, nguvu hii yenye nguvu inaweza kuhesabiwa na equation Fa = Vt × × g, na Fa ni nguvu ya kuvutia, Vt ujazo wa kitu kilichozama, ni wiani wa giligili, na g ni nguvu ya uvutano. Ili kujifunza jinsi ya kuamua uboreshaji wa kitu, angalia Hatua ya 1 hapa chini ili uanze.
Hatua
Njia ya 1 ya 2: Kutumia Mlinganyo wa Buoyancy
Hatua ya 1. Pata ujazo wa sehemu iliyozama ya kitu
Nguvu ya boya inayotenda juu ya kitu ni sawa na ujazo wa kitu kilichozama. Kwa maneno mengine, kadiri sehemu kubwa ya kitu ilivyozamishwa, ndivyo nguvu ya boya inayotenda juu ya kitu hicho. Hii inamaanisha kuwa vitu ambavyo vimezama ndani ya kioevu, vina nguvu ya kusisimua ambayo inasukuma kitu juu. Kuanza kuhesabu nguvu ya boya inayofanya kazi kwenye kitu, hatua yako ya kwanza kawaida kuamua ujazo wa kitu kilichozama kwenye giligili. Kwa equation ya buoyancy, thamani hii inapaswa kuwa katika mita3.
- Kwa kitu kilichozama kabisa kwenye giligili, kiasi kilichozama ni sawa na ujazo wa kitu chenyewe. Kwa vitu vinavyoelea juu ya uso wa giligili, kiasi tu chini ya uso kinahesabiwa.
- Kwa mfano, tuseme tunataka kupata nguvu ya boya inayofanya kazi kwenye mpira wa mpira ulioelea juu ya maji. Ikiwa mpira wa mpira ni tufe kamili na kipenyo cha m 1 na inaelea na nusu yake imezama chini ya maji, tunaweza kupata ujazo wa sehemu iliyozama kwa kupata jumla ya tufe na kugawanywa na mbili. Kwa kuwa kiasi cha nyanja ni (4/3) (eneo)3, tunajua kwamba ujazo wa nyanja yetu ni (4/3) π (0, 5)3 = Mita 0.5243. 0, 524/2 = Mita 0.2623 kuzama.
Hatua ya 2. Pata wiani wa maji yako
Hatua inayofuata katika mchakato wa kutafuta buoyancy ni kufafanua wiani (kwa kilo / mita3) ya giligili ambayo kitu huzama. Uzito wiani ni kipimo cha wingi wa kitu au dutu inayohusiana na ujazo wake. Ikiwa imepewa vitu viwili na ujazo sawa, kitu kilicho na wiani mkubwa kitakuwa na misa zaidi. Kulingana na sheria hiyo, kadiri wiani wa giligili ambayo kitu kimezama, ndivyo nguvu ya nguvu. Na maji, kawaida njia rahisi zaidi ya kuamua wiani ni kuiangalia tu katika nyenzo ya kumbukumbu.
- Katika mfano wetu, mpira wetu huelea majini. Kwa kuangalia vyanzo vya kitaaluma, tunaweza kupata kwamba maji yana wiani wa takriban. Kilo 1,000 / mita3.
- Uzito mwingine wa maji uliotumiwa sana umeorodheshwa katika vyanzo vya uhandisi. Moja ya orodha inaweza kupatikana hapa.
Hatua ya 3. Pata nguvu ya uvutano (au nguvu nyingine ya kushuka)
Iwe kitu kinazama au kuelea kwenye majimaji, huwa na nguvu ya uvutano. Katika ulimwengu wa kweli, nguvu ya kushuka chini ni sawa na Newtons / kilo 9.81. Walakini, katika hali ambapo vikosi vingine, kama vile nguvu ya centrifugal, hufanya juu ya maji na kitu kilichozama ndani yake, nguvu hii lazima pia izingatiwe kuamua nguvu ya kushuka kwa wavu kwa mfumo mzima.
- Katika mfano wetu, tunafanya kazi na mfumo wa kawaida, tuli, kwa hivyo tunaweza kudhani kuwa nguvu pekee ya kushuka inayotumia maji na vitu ni nguvu ya jumla ya uvutano - Newtons / kilo 9.81.
- Walakini, vipi ikiwa mpira wetu, ambao unaelea kwenye ndoo ya maji, umezungushwa kwenye duara katika mwelekeo ulio sawa kwa kasi kubwa? Katika kesi hii, kudhani ndoo inazungushwa haraka kiasi kwamba maji na mpira hautamwagika, nguvu ya kushuka katika hali hii itatokana na nguvu ya centrifugal iliyoundwa na swing ya ndoo, sio kutoka kwa mvuto wa Dunia.
Hatua ya 4. Zidisha sauti x wiani × mvuto
Ikiwa una thamani ya ujazo wa kitu chako (kwa mita3), wiani wa maji yako (kwa kilo / mita3), na nguvu ya mvuto (nguvu ya kushuka kwenye mfumo wako), kwa hivyo kupata urembo ni rahisi sana. Ongeza tu maadili haya matatu ili kupata nguvu ya kuvutia katika newtons.
Wacha tutatue shida yetu ya mfano kwa kuziba maadili yetu katika equation Fa = Vt × × g. Fa = Mita 0.2623 × 1,000 kilo / mita3 × 9.81 newtons / kilo = Tani 2,570.
Hatua ya 5. Angalia ikiwa kitu chako kinaelea kwa kulinganisha maboya na nguvu ya uvuto
Kutumia usawa wa maboya, ni rahisi kupata nguvu ambayo inasukuma kitu juu na nje ya giligili. Walakini, kwa juhudi ya ziada kidogo, inawezekana pia kuamua ikiwa kitu kitaelea au kuzama. Tafuta tu nguvu ya boya ya kitu kizima (kwa maneno mengine, tumia ujazo mzima kwa thamani ya Vt), kisha pata nguvu ya uvutano ikisukuma chini na equation G = (wingi wa kitu) (mita 9.81 / pili2). Ikiwa nguvu ya boya ni kubwa kuliko nguvu ya uvutano, kitu kitaelea. Kwa upande mwingine, ikiwa nguvu ya uvutano ni kubwa kuliko nguvu ya boya, kitu kitazama. Ikiwa ukubwa ni sawa, kitu kinasemekana kuelea.
-
Kwa mfano, tuseme tunataka kujua ikiwa pipa ya mbao ya cylindrical yenye uzito wa kilo 20 na kipenyo cha 0.75 m na urefu wa 1.25 m itaelea ndani ya maji. Shida hii itatumia hatua kadhaa:
- Tunaweza kupata sauti na fomula ya ujazo wa silinda V = (radius)2(mrefu). V = (0, 375)2(1, 25) = Mita 0.553.
- Ifuatayo, tukidhani kwamba ukubwa wa mvuto ni wa kawaida na ule wa maji ya wiani wa kawaida, tunaweza kupata nguvu ya pipa. Mita 0.553 × 1000 kilo / mita3 × 9.81 newtons / kilo = 5,395, 5 mpya.
- Sasa, tunahitaji kupata nguvu ya uvutano wa pipa. G = (kilo 20) (mita 9.81 / sekunde2) = 196.2 mpya. Nguvu hii ni chini ya nguvu ya boya, kwa hivyo pipa itaelea.
Hatua ya 6. Tumia njia sawa ikiwa kioevu chako ni gesi
Wakati wa kufanya kazi juu ya shida za kupendeza, usisahau kwamba giligili ambayo kitu kimeingizwa sio lazima iwe kioevu. Gesi pia ni maji, na, ingawa gesi zina kiwango kidogo sana ikilinganishwa na vitu vingine, bado zinaweza kusaidia misa kadhaa ya vitu vinavyoelea kwenye gesi. Puto rahisi ya heliamu ni uthibitisho wa hilo. Kwa sababu gesi iliyo kwenye puto ni ndogo kuliko maji ya karibu (hewa iliyoko), puto huelea!
Njia 2 ya 2: Kufanya Jaribio Rahisi la Kuchochea
Hatua ya 1. Weka bakuli ndogo au kikombe ndani ya bakuli kubwa
Pamoja na vitu vingine vya nyumbani, ni rahisi kuona kanuni za uboreshaji katika majaribio! Katika jaribio hili rahisi, tutaonyesha kuwa kitu kilichozama kina uzoefu wa nguvu kwa sababu huondoa kioevu sawa na kiasi cha kitu kilichozama. Tunapofanya hivi, tutaonyesha pia njia inayofaa ya kupata nguvu ya kitu kilicho na jaribio hili. Kuanza, weka kontena dogo lililofunguliwa, kama bakuli au kikombe, ndani ya chombo kikubwa, kama bakuli kubwa au ndoo.
Hatua ya 2. Jaza chombo kidogo kwa brim
Halafu jaza kontena dogo la ndani na maji. Unataka maji yawe juu kama chombo bila kumwagika. Kuwa mwangalifu hapa! Ukimwagika maji, tupu kontena kubwa kabla ya kujaribu tena.
- Kwa madhumuni ya jaribio hili, ni sawa kudhani kuwa maji yana wiani wa jumla wa kilo 1000 / mita3. Isipokuwa unatumia maji ya bahari au kioevu tofauti kabisa, aina nyingi za maji zina karibu wiani sawa na thamani hii ya rejeleo kwa hivyo tofauti ndogo haitabadilisha matokeo yetu.
- Ikiwa una matone ya macho, hii inaweza kuwa muhimu sana kuinua kiwango cha maji kwenye chombo kidogo.
Hatua ya 3. Zamisha kitu kidogo
Ifuatayo, tafuta kitu kidogo ambacho kitatoshea kwenye chombo kidogo na hakitaharibiwa na maji. Pata misa ya kitu hiki kwa kilo (unaweza kutaka kutumia kiwango au usawa ambao unaweza kuchukua gramu na kuzibadilisha kuwa kilo). Halafu, bila kulowesha vidole vyako, polepole lakini kwa hakika, chaga kitu ndani ya maji hadi kianze kuelea au unaweza kukishika kidogo kisha uachilie. Utagundua kuwa baadhi ya maji kwenye kontena dogo yatamwagika kwenye chombo cha nje.
Kwa madhumuni ya mfano wetu, tuseme tutumbukiza gari la kuchezea lenye uzito wa kilo 0.05 kwenye chombo kidogo. Hatuna haja ya kujua ujazo wa gari hili kuhesabu uzuri wake kwa sababu tutaiona katika hatua inayofuata
Hatua ya 4. Kusanya na kuhesabu maji yaliyomwagika
Unapoingiza kitu ndani ya maji, hubadilisha maji - vinginevyo hakutakuwa na mahali pa kuweka kitu ndani ya maji. Wakati kitu kinasukuma maji nje, maji yanarudi nyuma, na kuunda nguvu. Chukua maji yaliyomwagika kutoka kwenye chombo kidogo na umimine kwenye kikombe kidogo cha kupimia. Kiasi cha maji kwenye kikombe cha kupimia ni sawa na ujazo wa kitu kilichozama.
Kwa maneno mengine, ikiwa kitu chako kinaelea, kiwango cha maji kinachomwagika kitakuwa sawa na ujazo wa kitu kilichozama chini ya uso wa maji. Ikiwa kitu chako kinazama, ujazo wa maji yanayomwagika ni sawa na ujazo wa kitu
Hatua ya 5. Hesabu wingi wa maji yaliyomwagika
Kwa kuwa unajua wiani wa maji na unaweza kupima ujazo wa maji yanayomwagika kwenye kikombe cha kupimia, unaweza kupata wingi wake. Badilisha tu kiasi kuwa mita3 (misaada ya ubadilishaji mkondoni, kama hii, inaweza kusaidia) na kuzidisha na wiani wa maji (kilo 1,000 / mita3).
Katika mfano wetu, tuseme gari letu la kuchezea linazama kwenye chombo kidogo na huenda juu ya vijiko viwili (mita 0.00033). Ili kupata wingi wa maji yetu, tutazidisha kwa wiani wake: kilo 1,000 / mita3 × mita 0.00033 = Kilo 0.03.
Hatua ya 6. Linganisha umati wa maji yaliyomwagika na wingi wa kitu
Sasa kwa kuwa unajua wingi wa kitu unachozama ndani ya maji na wingi wa maji ambayo yamemwagika, linganisha ili uone ni molekuli gani kubwa. Ikiwa umati wa kitu kilichozama ndani ya chombo kidogo ni kubwa kuliko maji yaliyomwagika, kitu hicho kitazama. Kwa upande mwingine, ikiwa wingi wa maji yaliyomwagika ni mkubwa, kitu kitaelea. Hii ndio kanuni ya uchangamfu katika jaribio - ili kitu kielee, lazima kiingize kiasi cha maji kwa wingi mkubwa kuliko umati wa kitu chenyewe.
- Kwa hivyo, vitu vyenye molekuli ya chini lakini kiasi kikubwa ni aina ya vitu vinavyoelea kwa urahisi zaidi. Mali hii inamaanisha kuwa vitu vyenye mashimo vinaelea kwa urahisi sana. Fikiria mtumbwi - mtumbwi unaelea vizuri kwa sababu ni shimo ndani, kwa hivyo inaweza kusonga maji mengi bila kuwa na umati mkubwa. Ikiwa mtumbwi huo hauna mashimo (imara), basi mtumbwi huo hautaelea vizuri.
- Katika mfano wetu, gari ina uzito mkubwa (kilo 0.05) kuliko maji yaliyomwagika (kilo 0.03). Hii inakubaliana na kile tunachoona: magari yanazama.
