Content

• Passos
• Consells
• Què necessites

La força flotant és la força que actua sobre un objecte submergit en fluid en la direcció oposada a la gravetat. Quan un objecte es col·loca en un fluid, el pes de l’objecte empeny cap avall el fluid (líquid o gas) mentre que la flotabilitat empeny l’objecte cap amunt, en la direcció oposada de la gravetat. En general, aquesta flotabilitat es pot calcular mitjançant equacions F_b = V_S × D × g, en què F_b és la flotabilitat, V_S és el volum de la part submergida, D és la densitat del fluid que envolta l’objecte i g és la gravetat. Per aprendre a determinar la flotabilitat d’un objecte, comenceu pel pas 1 següent.

Passos

Mètode 1 de 2: utilitzeu l'equació de força flotant

1. 

   Cerqueu el volum la part submergida de l’objecte. La flotabilitat que actua sobre l'objecte està directament correlacionada amb la porció de volum submergida de l'objecte. Dit d’una altra manera, com més gran sigui la pica d’un cos sòlid, més forta serà la seva flotabilitat. És a dir, fins i tot si l’objecte està completament submergit en el líquid, hi continua actuant una flotabilitat. Per començar a calcular la força de flotabilitat que actua sobre un objecte, el primer pas sol ser determinar el volum de volum que s’empassa del fluid. A l’equació de la força flotant, aquest valor s’ha d’escriure en m.
   • Per a un objecte completament submergit en el fluid, el volum submergit serà igual al volum del propi objecte. Per al sobrenadant del fluid, només considerem la fracció de volum per sota de la superfície del fluid.
   • Per exemple, suposem que volem trobar la flotabilitat que actua sobre una bola de goma que flota a l’aigua. Si la bola és una esfera perfecta d’1 m de diàmetre i flota exactament amb la meitat submergida, podem trobar el volum de la part submergida calculant el volum de tota la bola i dividint-la per la meitat. Com que el volum de l’esfera és (4/3) π (radi), tenim el volum de la bola a ser (4/3) π (0,5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = Es van enfonsar 0,262 m.

2. 

   
   
   Trobeu la densitat del fluid. El següent pas per trobar la força flotant és determinar la densitat (en kg / m) del líquid circumdant. La densitat és una magnitud mesurada per la relació de la massa d’una matèria o matèria amb el seu volum corresponent. Per a dos objectes d'igual volum, l'objecte amb una densitat més gran serà més pesat. La regla general és que, com més gran sigui la densitat d’un fluid, major serà la flotabilitat que exercirà sobre el cos que s’hi enfonsa. Amb els fluids, normalment la forma més senzilla de determinar la densitat és mitjançant referències.
   • A l'exemple anterior, la pilota flota a l'aigua. La literatura d’estudi de referència ens indica que l’aigua té una densitat específica 1.000 kg / m.
   • La densitat de molts fluids habituals es dóna a la literatura tècnica. Podeu trobar aquesta llista aquí.

3. 

   
   
   Trobeu la gravetat (o una altra força en la direcció cap avall). Tant si un objecte s’enfonsa com si flota en un fluid, sempre està sota la força de la gravetat. De fet, aquesta constant de força descendent és aproximadament 9,81 Newtons / quilogram. Tanmateix, en els casos en què hi hagi una altra força que actua sobre el fluid i el cos que s’enfonsa en ell, com la força radial, també hem de tenir en compte aquesta força a l’hora de calcular la força total “descendent” de tot el sistema.
   • En l'exemple anterior, si tenim un sistema estàtic normal, es pot suposar que l'única força descendent que actua sobre el fluid i el cos és la gravetat estàndard - 9,81 Newtons / quilogram.

4. 

   
   
   Multiplicar el volum per densitat i gravetat. Quan teniu els valors del volum de l'objecte (en m), la densitat del fluid (en kg / m) i la gravetat (o la força descendent del sistema Newton / Kilogram), trobar la força flotant es fa fàcil. . Simplement tripliqueu-los per trobar la força flotant a Newtons.
   • Resoleu el problema d’exemple connectant els valors a l’equació F_b = V_S × D × g. F_b = 0,262 m × 1.000 kg / m × 9,81 N / kg = 2.570 Newtons. Les altres unitats s'aniquilarien mútuament, deixant només la unitat de Newton.

5. 

   Determineu si l’objecte flota o no comparant-lo amb la gravetat. Utilitzant l’equació de flotabilitat, trobareu fàcilment la força que empeny l’objecte fora del líquid. Tanmateix, també podeu determinar si el material sura o s’enfonsa al fluid si feu un pas addicional. Trobeu la força flotant que actua sobre tot el cos (és a dir, utilitzeu tot el volum del cos V)_S), a continuació, trobeu la gravetat que atrau l'objecte mitjançant l'equació G = (massa de l'objecte) (9,81 m / s). Si la força flotant és superior a la gravetat, l’objecte surarà. D'altra banda, si la gravetat és més gran, l'objecte s'enfonsarà. Si aquestes dues forces són iguals, direm la cosa suspès.
   • Un objecte suspès no flotarà sobre l’aigua ni s’enfonsarà fins al fons mentre estigui dins l’aigua. Estarà suspès al líquid entre la superfície i el fons.
   • Per exemple, suposem que volem saber si una caixa cilíndrica de fusta de 20 kg amb un diàmetre de 0,75 metres i una alçada d’1,25 metres pot surar a l’aigua. Hem de realitzar diversos passos per solucionar aquest problema:
     • El primer és trobar el volum mitjançant la fórmula del volum del cilindre V = π (radi) (alçada). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.
     • A continuació, suposant que coneixem la gravetat estàndard i la densitat de l'aigua, resolem la força flotant que actua sobre el canó. 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 5.395,5 Newton.
     • Ara hem de trobar la gravetat que actua sobre la caixa de fusta. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196.2 Newton. Aquest resultat és molt menor que la força de flotabilitat, de manera que el barril flotarà.

6. 

   Feu el mateix càlcul quan el fluid és un gas. En resoldre problemes amb la flotabilitat, no oblideu que el fluid no ha de ser un líquid. Els gasos també es coneixen com a fluids, tot i que tenen una densitat molt petita en comparació amb altres tipus de matèria, i el gas encara pot repel·lir alguns dels objectes flotants que hi ha. La bombolla d'heli n'és la prova. Com que l’heli d’una bombolla és més lleuger que el fluid que l’envolta (aire), la bombolla s’enfonsarà. publicitat

Mètode 2 de 2: realitzeu un experiment senzill sobre la força flotant

1. 

   Col·loqueu un bol petit en un de més gran. Amb només uns pocs objectes a la casa, veureu fàcilment els efectes de la flotabilitat a la pràctica. En aquest experiment, demostrem que quan un objecte està submergit, patirà l’efecte de la flotabilitat, ja que ocupa el lloc de la quantitat de fluid que és igual al volum de l’objecte submergit. En el procés de fer experiments també mostrem com trobar la força flotant de l'objecte a la pràctica. Primer, col·loqueu un recipient petit sense tap, com un bol o una tassa, en un recipient més gran, com ara un bol gran o un cubell d’aigua.

2. 

   Ompliu amb aigua un recipient petit, de punta a punta. Heu d’abocar l’aigua a la vora sense vessar-la. Aneu amb compte en aquest pas. Si deixeu que l'aigua es desbordi, heu de buidar completament el recipient gran i tornar a començar.
   • Per a aquest experiment, suposem que l’aigua té una densitat de 1000 kg / m. Tret que utilitzeu salmorra o un líquid completament diferent, la majoria de les aigües tenen una densitat propera a aquest valor de referència, de manera que els resultats no es veuran afectats.
   • Si teniu un comptagotes, podeu fer-lo servir per gotear aigua al contenidor interior, de manera que el nivell de l’aigua sigui fins a la vora.

3. 

   Immergiu un objecte petit. A continuació, busqueu un objecte que pugui cabre còmodament en un contenidor petit sense danys causats per l'aigua. Cerqueu el pes en quilograms d’aquest objecte (haureu d’utilitzar l’escala per a la lectura en grams i després convertir-lo en quilograms). A continuació, premeu lentament l’objecte a l’aigua sense mullar el dit fins que comenci a flotar o amb prou feines el pugueu aguantar i, a continuació, deixeu-lo anar. Hauríeu de veure vessar aigua per la vora del contenidor interior fins al contenidor exterior.
   • Per a aquest exemple, suposem que estem pressionant un cotxe de joguina de 0,05 kg al contenidor interior. No necessitem conèixer el volum del cotxe per calcular la flotabilitat, com sabrem al següent pas.

4. 

   Recolliu i mesureu el desbordament d’aigua. Quan premeu un objecte a l’aigua, substitueix una mica d’aigua; en cas contrari, no hi ha espai per submergir-lo a l’aigua. Quan expulsa l’aigua del camí, l’aigua es repeleix i crea flotabilitat. Recolliu l'aigua vessada del recipient interior i aboqueu-la a la tassa petita. El volum d’aigua de la tassa hauria de ser igual al volum de l’objecte submergit.
   • Dit d’una altra manera, si l’objecte flota, el volum d’aigua que desborda serà igual al volum de l’objecte submergit sota la superfície de l’aigua. Si l'objecte s'enfonsa, el volum de desbordament d'aigua serà igual al volum de l'objecte sencer.

5. 

   Calculeu la quantitat d'aigua vessada. Com que coneixeu la densitat de l’aigua i podeu mesurar el volum d’aigua que desborda en un got mesurador, calculareu el volum d’aigua. Convertiu el volum a m (un convertidor d’unitats en línia com aquest us pot ajudar aquí) i multipliqueu-lo per la densitat d’aigua (1.000 kg / m).
   • A l'exemple anterior, suposem que el cotxe de joguina està submergit al contenidor interior i ocupa unes 2 cullerades (0,00003 m) d'aigua. Per trobar la massa d’aigua, multipliqueu-la per densitat: 1.000 kg / m × 0.00003 m = 0,03 kg.

6. 

   Compareu el volum d’aigua desplaçada i la massa de l’objecte. Ara que ja coneixeu les masses de l'aigua submergida i la desplaçada, compareu aquests dos valors. Si la massa de l'objecte és superior al volum d'aigua desplaçada, l'objecte s'enfonsarà. D'altra banda, si el volum del volum d'aigua desplaçat és major, l'objecte surarà. Aquest és el principi de flotabilitat a la pràctica: per a un cos flotant ha de desplaçar una massa d’aigua superior a la massa del propi cos.
   • Per tant, les masses de llum, però els grans volums, són els millors objectes flotants. Aquesta propietat indica que els objectes buits poden flotar molt bé. Fem una ullada a la canoa: flota bé perquè està buida a l’interior, de manera que pot ocupar molta aigua però la massa no és massa pesada. Si la canoa fos gruixuda a l'interior, no podria flotar bé.
   • A l'exemple anterior, un vehicle amb una massa de 0,05 kg és superior a un volum d'aigua desplaçat en 0,03 kg. Això està en línia amb el que observem: el cotxe s’ha enfonsat.
   publicitat

Consells

• Utilitzeu una bàscula ajustable a zero després de cada pesatge per obtenir valors precisos.

Què necessites

• Tassa o bol petit
• Bol gran o bóta
• Objectes petits que es poden submergir a l’aigua (com una pilota de goma)
• Tassa mesuradora