Força de flotació: problemes i solucions
1. Un bloc de fusta amb una longitud = 2.5 m, una amplada = 0.5 m i una alçada = 0.4 m. El/La Densitat d'aigua és de 1000 kg/m3Si el bloc es col·loca a l'aigua, quin és el força de flotabilitat… L'acceleració deguda a la gravetat és de 10 N/kg.
Conegut:
Volum del bloc (V) = llargada x amplada x alçada = 2.5 x 0.5 x 0.4 = 0.5 m3
Densitat de l'aigua (ρ) = 1000 kg/m3
Acceleració per gravetat (g) = 10 N/kg
Es busca: La magnitud de la força de flotació
Solució:
Fórmula de la força de flotació:
F = ρgV
F= força de flotabilitat, ρ = densitat de l'aigua, g = acceleració deguda a la gravetat, V = volum
F = (1000)(10)(0.5) = (1000)(5) = 5000 Newtons
2. El pes d'un objecte a l'aire és de 100 N. L'objecte es col·loca en un líquid. L'augment de volum del líquid és d'1.5 m³.3Si el pes específic del líquid és de 10 N/m3, quin és el pes de l'objecte en líquid.
Conegut:
Objecte pes en aire (w) = 100 Newton
Augment del volum del líquid = volum de l'objecte en líquid (V) = 1.5 m3
Pes específic del líquid = 10 N/m3
Es busca: Pes de l'objecte en líquid
Solució:
Pes de l'objecte en líquid = pes de l'objecte en aire – força de flotació
Pes de l'objecte en líquid = 100 Newton – força de flotació
Fórmula de la força de flotació:
FA = ρgV
FA = força de flotació = la força exercida pels líquids sobre l'objecte dins l'aigua
ρ = densitat del líquid
g = acceleració deguda a la gravetat
V = volum de l'objecte en líquid
Pes específic:
Pes específic del líquid = 10 N/m3
p / V = 10 N/m3
mg / V = 10 N/m3
m (10) / V = 10 N/m3
m / V = 1 kg/m3
ρ = 1 kg/m3
La densitat del líquid és d'1 kg/m3
La magnitud de la força de flotació :
FA = ρ g V = (1 kg/m3)(10 m/s2)(1.5 m3) = 15 kg m/s2 = 15 Newtons
Pes de l'objecte en fluid:
Pes de l'objecte en fluid = 100 Newtons – 15 Newtons
Pes de l'objecte en fluid = 85 Newtons
3. Un vaixell que navega pel mar entra en un riu ample i profund. TLa densitat de l'aigua de mar és de 1100 kg/m3, El densitat de l'aigua del riu és de 1000 kg/m3. Determinar la comparació de la el volum de l'objecte es troba en aigua de mar i in aigua del riu.
A. 11:10
B. 10:11
C. 121:100
D. 1: 1
Conegut:
Densitat de l'aigua de mar (ρ1) = 1100 kg/m²3
Densitat de l'aigua del riu (ρ2) = 1000 kg/m²3
Volia: Ccomparació de la el volum de l'objecte es troba en aigua de mar i in aigua del riu. comparació de la el volum de l'objecte es troba en aigua de mar i in aigua del riu.
Solució:
If l'objecte és flotant tforça de flotació de gallina (FB) = pes (w):
Arquímedesprincipi afirma que la força de flotació actua sobre un objecte en líquid (aigua) és igual al pes del fluid (aigua) que desplaça. El volum de l'objecte en el fluid (aigua) és igual al volum de fluid (aigua) mogut.
Comparació del volum de l'objecte en aigua de mar i en aigua del riu:
La resposta correcta és B.
4. L'or, la massa del qual és de 193 grams, es troba en querosè i té una força ascendent de 8000 dines. Si acceleració deguda a la gravetat és de 10 m/s2 i la densitat de el querosè és de 0.8 gr/cm3, A continuació, determinar el densitat de or.
A. 1.93 gr/cm3
B. 8.65 gr/cm3
C. 19.3 gr/cm3
D. 193 gr/cm3
Conegut:
Massa d'or (mor) = 193 grams = 0.193 kg
Acceleració deguda a la gravetat (g) = 10 m/s2
Força de flotació (FA) = 8000 dines = 8 x 103 dina = (8 x 103) (10-5 N) = 8 x 10-2 N = 0.08 Newtons
Densitat del querosè (ρ) = 0.8 gr/cm3 = 800 kg / m3
Es busca: Densitat de l'or
Solució:
Pes de l'or a l'aire:
w = mg = ρb V g —– Equació 1
V és el volum d'or en querosè.
Força de flotació (FB) igual al pes de l'or en l'aire (w) menys el pes de l'or en querosè (w'):
w – w' = FA
w – w' = ρf V g —– Equació 2
V és el volum d'or en querosè.
Ambdues equacions anteriors es poden escriure de nou a continuació:
La resposta correcta és C.
- Quin és el principi fonamental de la força de flotació?
- RespondreEl principi fonamental de la força de flotació és el principi d'Arquimedes. Afirma que un objecte submergit en un fluid experimenta una força ascendent anomenada força de flotació que és igual en magnitud al pes del fluid desplaçat per l'objecte.
- Per què un objecte sembla més lleuger quan està submergit a l'aigua?
- RespondreQuan un objecte se submergeix a l'aigua, desplaça un cert volum d'aigua. El pes d'aquesta aigua desplaçada exerceix una força de flotació ascendent sobre l'objecte, que contraresta part del pes de l'objecte, fent-lo semblar més lleuger.
- Si un objecte flota sobre l'aigua, com es compara el pes de l'objecte amb la força de flotació que actua sobre ell?
- RespondreSi un objecte flota, la força de flotació que actua sobre ell és igual al pes de l'objecte. És per això que l'objecte roman en equilibri sense enfonsar-se ni pujar.
- Actua la força de flotació sobre els objectes a l'aire?
- RespondreSí, la força de flotació actua sobre els objectes en qualsevol fluid, inclòs l'aire. Tanmateix, com que l'aire és molt menys dens que els líquids com l'aigua, la força de flotació a l'aire és molt més petita i sovint insignificant per als objectes quotidians.
- Per què alguns objectes s'enfonsen a l'aigua mentre que d'altres suren?
- RespondreQue un objecte s'enfonsi o suri depèn de la relació entre el seu pes i la força de flotació. Si la força de flotació (a causa del fluid desplaçat) és més gran que el pes de l'objecte, sura. Si el pes és més gran, s'enfonsa.
- Si agafeu una bola metàl·lica buida i una bola metàl·lica sòlida del mateix volum i material, i les submergiu en aigua, quina experimentaria una força de flotació més gran?
- RespondreLa força de flotació depèn del volum de fluid desplaçat i no de la massa de l'objecte. Com que ambdues boles desplacen el mateix volum d'aigua, experimentarien la mateixa força de flotació.
- Per què suren els vaixells fets d'acer, que és molt més dens que l'aigua?
- RespondreEls vaixells estan dissenyats amb grans espais buits a l'interior, cosa que significa que la seva densitat mitjana global és inferior a la de l'aigua. L'aigua desplaçada pel vaixell exerceix una força de flotació que pot suportar el pes del vaixell, permetent-li surar.
- Si empenyes una pilota flotant més profundament a l'aigua i després la deixes anar, què passarà?
- RespondreSi empenyes una pilota flotant més endins de l'aigua, estàs augmentant el volum d'aigua que desplaça, cosa que augmenta la força de flotació. Quan la deixes anar, l'augment de la força de flotació l'empenyrà cap amunt fins que torni a la seva posició d'equilibri.
- Què passa amb la força de flotació sobre un objecte submergit si el movem d'aigua dolça a aigua salada?
- RespondreL'aigua salada és més densa que l'aigua dolça. Per tant, per al mateix volum desplaçat, la força de flotació en aigua salada serà més gran que en aigua dolça. Així doncs, un objecte podria surar més alt en aigua salada que en aigua dolça.
- És possible que un objecte sigui estable en una orientació (per exemple, vertical) però inestable en una altra (per exemple, horitzontal) mentre flota a l'aigua?
- RespondreSí, l'estabilitat d'un objecte flotant depèn de la distribució del seu pes en relació amb la força de flotació. Si el centre de gravetat es troba directament a sobre del centre de flotabilitat, l'objecte serà estable. Tanmateix, si canvieu l'orientació, la relació entre els centres pot canviar, cosa que pot provocar inestabilitat en aquesta orientació en particular.
