Sila uzgona je sila suprotna gravitaciji, koja utječe na sve objekte potopljene u tekućinu. Kad se objekt stavi u tekućinu, masa predmeta pritišće tekućinu (tekućinu ili plin), dok uzgonska sila potiskuje objekt prema gravitaciji. Općenito, ova uzgonska sila može se izračunati jednadžbom Ža = Vt × × g, s F.a je uzgonska sila, Vt je volumen potopljenog objekta, gustoća je fluida i g je gravitacijska sila. Da biste saznali kako odrediti uzgon objekta, pogledajte 1. korak u nastavku za početak.
Korak
Metoda 1 od 2: Korištenje jednadžbe uzgona
Korak 1. Pronađite volumen potopljenog dijela objekta
Sila uzgona koja djeluje na objekt proporcionalna je volumenu potopljenog objekta. Drugim riječima, što je veći potopljeni čvrsti dio objekta, veća je uzgonska sila koja djeluje na objekt. To znači da objekti potopljeni u tekućinu imaju uzgonsku silu koja objekt gura prema gore. Za početak izračunavanja sile uzgona koja djeluje na objekt, vaš prvi korak obično je odrediti volumen objekta potopljenog u tekućinu. Za jednadžbu uzgona, ova vrijednost treba biti u metrima3.
- Za objekt potpuno uronjen u tekućinu, volumen uronjen jednak je volumenu samog objekta. Za objekte koji plutaju iznad površine fluida izračunava se samo volumen ispod površine.
- Na primjer, pretpostavimo da želimo pronaći uzgonsku silu koja djeluje na gumenu kuglu koja pluta po vodi. Ako je gumena kugla savršena kugla promjera 1 m i pluta s polovicom potopljenom u vodu, volumen potopljenog dijela možemo pronaći pronalaskom ukupnog volumena kugle i dijeljenjem s dva. Budući da je volumen kugle (4/3) (polumjer)3, znamo da je volumen naše kugle (4/3) π (0, 5)3 = 0,524 metara3. 0, 524/2 = 0,262 metara3 umivaonik.
Korak 2. Pronađite gustoću tekućine
Sljedeći korak u procesu pronalaženja uzgona je definiranje gustoće (u kilogramima/metar)3) tekućine u koju je predmet uronjen. Gustoća je mjerenje mase predmeta ili tvari u odnosu na njezin volumen. Ako se daju dva objekta istog volumena, objekt veće gustoće imat će veću masu. Prema pravilu, što je veća gustoća fluida u koji je predmet potopljen, veća je uzgonska sila. S tekućinama, obično je najjednostavniji način određivanja gustoće jednostavno traženje u referentnom materijalu.
- U našem primjeru naša lopta pluta u vodi. Gledajući u akademske izvore, možemo otkriti da voda ima gustoću od cca. 1.000 kilograma/metar3.
- Druge gustoće tekućine koje se široko koriste navedene su u inženjerskim izvorima. Jedan od popisa možete pronaći ovdje.
Korak 3. Pronađite silu gravitacije (ili neku drugu silu prema dolje)
Bilo da neki objekt tone ili pluta u tekućini, on uvijek ima gravitacijsku silu. U stvarnom svijetu silazna konstanta sile jednaka je 9,81 newtona/kilogram. Međutim, u situacijama kada druge sile, poput centrifugalne sile, djeluju na tekućinu i objekt potopljen u nju, ta se sila također mora uzeti u obzir kako bi se odredila neto sila prema dolje za cijeli sustav.
- U našem primjeru radimo s običnim, statičkim sustavom, pa možemo pretpostaviti da je jedina sila prema dolje koja djeluje na fluide i predmete opća gravitacijska sila - 9,81 newtona/kilogram.
- Međutim, što ako se naša lopta, koja pluta u kanti vode, velikom brzinom zamahne u krug u vodoravnom smjeru? U ovom slučaju, pod pretpostavkom da se kanta zamahuje dovoljno brzo da se voda i lopta ne proliju, sila prema dolje u ovoj situaciji bit će izvedena iz centrifugalne sile nastale zamahom kante, a ne iz Zemljine teže.
Korak 4. Pomnožite volumen × gustoću × gravitaciju
Ako imate vrijednost volumena vašeg objekta (u metrima)3), gustoća vaše tekućine (u kilogramima/metar3) i silu gravitacije (sila prema dolje na vašem sustavu), pa je pronalaženje uzgona vrlo jednostavno. Samo pomnožite ove tri vrijednosti da biste pronašli uzgonsku silu u newtonima.
Riješimo naš primjer problema uključivanjem naših vrijednosti u jednadžbu Fa = Vt × × g. Ža = 0,262 metra3 × 1.000 kilograma/metar3 × 9,81 newtona/kilogram = 2.570 njutona.
Korak 5. Provjerite pluta li vaš objekt uspoređujući uzgon s gravitacijskom silom
Pomoću jednadžbe uzgona lako je pronaći silu koja tjera objekt prema gore i iz tekućine. Međutim, uz malo dodatnog napora, također je moguće utvrditi hoće li neki objekt plutati ili potonuti. Samo pronađite uzgonsku silu za cijeli objekt (drugim riječima, upotrijebite cijeli volumen za vrijednost Vt), zatim pronađite gravitacijsku silu koja je gura prema dolje s jednadžbom G = (masa objekta) (9,81 metar/sekundu)2). Ako je sila uzgona veća od gravitacijske sile, objekt će plutati. S druge strane, ako je gravitacijska sila veća od sile uzgona, objekt će potonuti. Ako su veličine iste, za objekt se kaže da pluta.
-
Na primjer, recimo da želimo znati hoće li drvena cilindrična bačva mase 20 kilograma i promjera 0,75 m i visine 1,25 m plutati u vodi. Ovaj problem će se odvijati u nekoliko koraka:
- Volumen možemo pronaći formulom za volumen cilindra V = (polumjer)2(visok). V = (0, 375)2(1, 25) = 0,55 metara3.
- Zatim, pretpostavljajući da je veličina gravitacije obična i da je voda uobičajene gustoće, možemo pronaći uzgonsku silu cijevi. 0,55 metara3 × 1000 kilograma/metar3 × 9,81 newtona/kilogram = 5.395, 5 njutona.
- Sada moramo pronaći gravitacijsku silu cijevi. G = (20 kg) (9,81 metara/sekundu)2) = 196,2 njutna. Ta je sila manja od sile uzgona, pa će cijev plutati.
Korak 6. Koristite isti pristup ako je vaša tekućina plin
Kada radite na problemima uzgona, ne zaboravite da tekućina u koju je predmet potopljen ne mora biti tekućina. Plinovi su također tekućine i, iako imaju vrlo nisku gustoću u usporedbi s drugim tvarima, ipak mogu poduprijeti određene mase objekata koji plutaju u plinu. Dokaz tome je jednostavan balon s helijem. Budući da je plin u balonu manje gust od okolne tekućine (vanjski zrak), balon pluta!
Metoda 2 od 2: Izvođenje jednostavnog eksperimenta uzgona
Korak 1. Stavite malu zdjelu ili šalicu u veću zdjelu
Uz neke kućanske potrepštine lako je vidjeti načela uzgona u eksperimentu! U ovom jednostavnom pokusu pokazat ćemo da potopljeni objekt doživljava uzgonsku silu jer istiskuje volumen tekućine jednak volumenu potopljenog objekta. Dok to radimo, pokazat ćemo i praktičan način pronalaženja uzgonske sile objekta ovim pokusom. Za početak, stavite malu, otvorenu posudu, poput zdjele ili šalice, u veću posudu, poput velike zdjele ili kante.
Korak 2. Napunite mali spremnik do ruba
Zatim napunite manji unutarnji spremnik vodom. Želite da voda bude visoka koliko i posuda bez prolijevanja. Budite oprezni ovdje! Ako prolijete vodu, ispraznite veći spremnik prije nego pokušate ponovno.
- Za potrebe ovog pokusa, u redu je pretpostaviti da voda ima opću gustoću od 1000 kilograma/metar3. Osim ako ne koristite morsku vodu ili potpuno drugu tekućinu, većina vrsta vode ima gotovo istu gustoću kao ova referentna vrijednost pa mala razlika neće promijeniti naše rezultate.
- Ako imate kapi za oči, to može biti vrlo korisno za podizanje razine vode u malom spremniku.
Korak 3. Potopite mali predmet
Zatim potražite mali predmet koji će stati u malu posudu i neće ga oštetiti voda. Pronađite masu ovog predmeta u kilogramima (možda ćete htjeti upotrijebiti vagu ili vagu koja može uzeti grame i pretvoriti ih u kilograme). Zatim, polako, ali sigurno, bez smočenja prstiju, umočite predmet u vodu dok ne počne plutati ili ga možete lagano držati, a zatim otpustiti. Primijetit ćete da će se dio vode u malom spremniku izliti u vanjski spremnik.
Za potrebe našeg primjera, pretpostavimo da umočimo automobil igračku mase 0,05 kilograma u mali spremnik. Ne moramo znati obujam ovog automobila da bismo izračunali njegovu uzgon jer ćemo to vidjeti u sljedećem koraku
Korak 4. Prikupite i prebrojte prolivenu vodu
Kad predmet potopite u vodu, on istiskuje dio vode - u protivnom neće biti mjesta za stavljanje predmeta u vodu. Kad objekt istisne vodu, voda se odgurne, stvarajući uzgonsku silu. Izlijte prolivenu vodu iz male posude i ulijte je u malu mjernu posudu. Volumen vode u mjernoj posudi jednak je volumenu predmeta potopljenog.
Drugim riječima, ako vaš objekt pluta, volumen vode koja se izlije bit će jednaka volumenu objekta koji je potopljen ispod površine vode. Ako vaš predmet potone, volumen vode koja se izlije jednaka je ukupnom volumenu predmeta
Korak 5. Izračunajte masu prolivene vode
Budući da znate gustoću vode i možete izmjeriti volumen vode koja se prolije u mjernu posudu, možete pronaći njenu masu. Samo promijenite glasnoću u metre3 (online pomagala za pretvorbu, poput ove, mogu pomoći) i pomnožiti s gustoćom vode (1.000 kilograma/metar3).
U našem primjeru, pretpostavimo da naš automobil igračka tone u mali spremnik i pomiče se oko dvije žlice (0.0003 metra)3). Da bismo pronašli masu naše vode, pomnožit ćemo je s gustoćom: 1.000 kilograma/metar3 × 0.0003 metara3 = 0,03 kilograma.
Korak 6. Usporedite masu prolivene vode s masom predmeta
Sada kada znate masu predmeta koji potapate u vodu i masu vode koja se izlila, usporedite ih da vidite koja je masa veća. Ako je masa predmeta potopljenog u mali spremnik veća od prolivene vode, predmet će potonuti. S druge strane, ako je masa prolivene vode veća, objekt će plutati. Ovo je načelo uzgona u eksperimentu - da bi objekt plutao, mora istisnuti količinu vode mase veće od mase samog objekta.
- Dakle, objekti male mase, ali velikog volumena su vrste objekata koji najlakše plutaju. Ovo svojstvo znači da šuplji predmeti vrlo lako plutaju. Zamislite kanu - kanu dobro pluta jer je iznutra šupalj pa može pomicati puno vode, a da ne mora imati veliku masu. Ako kanu nije šupalj (čvrst), tada kanu neće pravilno plutati.
- U našem primjeru, automobil ima veću masu (0,05 kilograma) od prolivene vode (0,03 kilograma). To se slaže s onim što opažamo: automobili tone.
