כוח ציפה - בעיות ופתרונות

כוח ציפה - בעיות ופתרונות

1. גוש עץ שאורכו 2.5 מטר, רוחבו 0.5 מטר וגובהו 0.4 מטר. ה- צפיפות של מים הוא 1000 ק"ג/מ"ר³אם הבלוק מונח במים, מהו ה... כוח ציפה... תאוצת הכבידה היא 10 ניוטון/ק"ג.

ידוע:

נפח הבלוק (V) = אורך x רוחב x גובה = 2.5 x 0.5 x 0.4 = 0.5 מטר³

צפיפות המים (ρ) = 1000 ק"ג/מ"ר³

האצה עקב כוח הכבידה (גרם) = 10 ניוטון/ק"ג

מבוקש: גודל כוח הציפה

פתרון:

נוסחת כוח הציפה:

F = ρ g V

F= כוח ציפה, ρ = צפיפות המים, g = תאוצה עקב כוח הכבידה, V = נפח

F = (1000)(10)(0.5) = (1000)(5) = 5000 ניוטון

2. משקלו של גוף באוויר הוא 100 ניוטון. הגוף ממוקם בנוזל. נפח הנוזל גדל ב-1.5 מטר³אם המשקל הסגולי של הנוזל הוא 10 ניוטון למטר³, מהו משקל החפץ בנוזל.

ידוע:

אובייקט מִשׁקָל באוויר (w) = 100 ניוטון

עלייה בנפח הנוזל = נפח העצם בנוזל (V) = 1.5 מ"ר³

משקל סגולי של הנוזל = 10 ניוטון למטר³

מבוקש: משקל החפץ בנוזל

פתרון:

משקל החפץ בנוזל = משקל החפץ באוויר - כוח ציפה

משקל החפץ בנוזל = 100 ניוטון - כוח ציפה

נוסחת כוח הציפה:

F_A = ρ g V

F_A = כוח ציפה = הכוח שמפעילים הנוזלים על גוף במים

ρ = צפיפות הנוזל

g = תאוצה עקב כוח הכבידה

V = נפח החפץ בנוזל

משקל סגולי:

משקל סגולי של נוזל = 10 ניוטון למטר³

w / V = ​​​​10 ניוטון למטר³

מ"ג / וולט = ​​10 ניוטון/מטר³

מטר (10) / וולט = ​​10 ניוטון למטר³

מ' / וולט = ​​1 ק"ג/מ'³

ρ = 1 ק"ג/מ"ר³

צפיפות הנוזל היא 1 ק"ג/מ"ר³

גודל כוח הציפה :

F_A = ρ g V = (1 ק"ג/מ"ר³)(10 מטר/שנייה²)(1.5 מ'³) = 15 ק"ג מטר לשנייה² = 15 ניוטון

משקל החפץ בנוזל:

משקל החפץ בנוזל = 100 ניוטון – 15 ניוטון

משקל החפץ בנוזל = 85 ניוטון

3. ספינה שטה בים נכנסת לנהר רחב ועמוק. Tצפיפות מי הים היא 1100 ק"ג/מ"ר³, ה צפיפות מי הנהר הוא 1000 ק"ג/m³. קבע את ההשוואה של נפח העצם נמצא במי ים ו in מי נהר.

א. 11 : 10

ב. 10 : 11

ג. 121:100

ד. 1:1

ידוע:

צפיפות מי הים (ρ₁) = 1100 ק"ג/מ"ר³

צפיפות מי הנהר (ρ₂) = 1000 ק"ג/מ"ר³

מבוקש: Cהשוואה של ה- נפח העצם נמצא במי ים ו in מי נהר. השוואה של ה- נפח העצם נמצא במי ים ו in מי נהר.

פתרון:

If החפץ הוא צף tכוח ציפה של תרנגולת (F_B) = מִשׁקָל (w):

ארכימדסעקרון קובע שכוח הציפה פועל על עצם ב נוזל (מים) שווה למשקל הנוזל (מים) שהוא דוחק. נפח העצם בנוזל (מים) שווה לנפח הנוזל (מים) הנע.

השוואה בין נפח העצם במי ים לבין מי נהר:

התשובה הנכונה היא ב'.

4. זהב, שמסתו 193 גרם, נמצא בקרוסין בעל כוח דחיפה כלפי מעלה של 8000 דינים. אם ה- תאוצה עקב כוח הכבידה הוא 10 מטר/שנייה² ו צפיפות של קרוסין הוא 0.8 גרם/סמ"ר³, לאחר מכן לקבוע מה היא צפיפות של זהב.

א. 1.93 גרם/סמ"ר³

ב. 8.65 גרם/סמ"ר³

כ-19.3 גרם/סמ"ר³

עומק 193 גרם/סמ"ר³

ידוע:

מסת הזהב (מ"ר)_זהב) = 193 גרם = 0.193 ק"ג

תאוצה עקב כוח הכבידה (g) = 10 מטר/שנייה²

כוח ציפה (F_A) = 8000 דינים = 8 x 10³ דיין = (8 x 10³)(10^-5 נ) = 8 x 10^-2 N = 0.08 ניוטון

צפיפות הנפט (ρ) = 0.8 גרם/סמ"ר³ = 800 ק"ג/מ"ר³

מבוקש: צפיפות הזהב

פתרון:

משקל הזהב באוויר:

w = mg = ρ_b V g —– משוואה 1

V הוא נפח הזהב בקרוסין.

כוח ציפה (F_B) שווה למשקל הזהב באוויר (w) פחות משקל הזהב בקרוסין (w'):

w – w' = F_A

w – w' = ρ_f V g —– משוואה 2

V הוא נפח הזהב בקרוסין.

ניתן לכתוב שוב את שתי המשוואות לעיל להלן:

התשובה הנכונה היא C.

1. מהו העיקרון הבסיסי העומד מאחורי כוח הציפה?
   • תשובההעיקרון הבסיסי מאחורי כוח ציפה הוא עקרון ארכימדס. הוא קובע כי גוף הטבול בנוזל חווה כוח כלפי מעלה הנקרא כוח ציפה, השווה בגודלו למשקל הנוזל שנדחק על ידי הגוף.
2. מדוע חפץ מרגיש קל יותר כשהוא טובל במים?
   • תשובהכאשר חפץ טובל במים, הוא דוחק ממקומו נפח מסוים של מים. משקל המים שנדחקים מפעיל כוח ציפה כלפי מעלה על החפץ, אשר מנטרל חלק ממשקלו וגורם לו להרגיש קל יותר.
3. אם חפץ צף על מים, כיצד משקל החפץ משתווה לכוח הציפה הפועל עליו?
   • תשובהאם גוף צף, כוח הציפה הפועל עליו שווה למשקל הגוף. זו הסיבה שהגוף נשאר בשיווי משקל מבלי לשקוע או לעלות.
4. האם כוח ציפה פועל על עצמים באוויר?
   • תשובהכן, כוח ציפה פועל על עצמים בכל נוזל, כולל אוויר. עם זאת, מכיוון שאוויר צפוף בהרבה מנוזלים כמו מים, כוח הציפה באוויר קטן בהרבה ולעתים קרובות זניח עבור עצמים יומיומיים.
5. מדוע חפצים מסוימים שוקעים במים בעוד שאחרים צפים?
   • תשובההאם גוף שוקע או צף תלוי ביחס בין משקלו לכוח הציפה. אם כוח הציפה (עקב הנוזל שנדחק) גדול ממשקל הגוף, הוא צף. אם המשקל גדול יותר, הוא שוקע.
6. אם הייתם לוקחים כדור מתכת חלול וכדור מתכת מוצק מאותו נפח וחומר, ומטבילים אותם במים, איזה מהם היה חווה כוח ציפה גדול יותר?
   • תשובהכוח הציפה תלוי בנפח הנוזל שנדחק ולא במסה של העצם. מכיוון ששני הכדורים דוחקים את אותה נפח מים, הם יחוו את אותו כוח ציפה.
7. מדוע ספינות עשויות פלדה, שהיא הרבה יותר צפופה ממים, צפות?
   • תשובהספינות מתוכננות עם חללים גדולים בפנים, מה שאומר שהצפיפות הממוצעת הכוללת שלהן נמוכה מזו של מים. המים שנדחקים על ידי הספינה מפעילים כוח ציפה שיכול לתמוך במשקל הספינה, מה שמאפשר לה לצוף.
8. אם תדחוף כדור צף עמוק יותר לתוך המים ואז תשחרר אותו, מה יקרה?
   • תשובהאם תדחפו כדור צף עמוק יותר לתוך המים, תגדילו את נפח המים שהוא דוחק, מה שמגביר את כוח הציפה. כשתשחררו אותו, כוח הציפה המוגבר ידחוף אותו כלפי מעלה עד שיחזור למצב שיווי המשקל שלו.
9. מה קורה לכוח הציפה על גוף טובע אם מעבירים אותו ממים מתוקים למים מלוחים?
   • תשובהמים מלוחים צפופים יותר מאשר מים מתוקים. לכן, עבור אותו נפח המועבר, כוח הציפה במים מלוחים יהיה גדול יותר מאשר במים מתוקים. לכן, גוף עשוי לצוף גבוה יותר במים מלוחים מאשר במים מתוקים.
10. האם ייתכן שעצם יהיה יציב בכיוון אחד (למשל, אנכי) אך לא יציב בכיוון אחר (למשל, אופקי) בזמן שהוא צף במים?

• תשובהכן, יציבותו של גוף צף תלויה בחלוקת משקלו ביחס לכוח הציפה. אם מרכז הכובד נמצא ישירות מעל מרכז הציפה, הגוף יהיה יציב. עם זאת, אם תשנה את הכיוון, היחס בין המרכזים עלול להשתנות, מה שיוביל לחוסר יציבות בכיוון הספציפי הזה.