ამწევი ძალა - პრობლემები და გადაწყვეტილებები
1. ხის ბლოკი, რომლის სიგრძეა 2.5 მ, სიგანე = 0.5 მ და სიმაღლე = 0.4 მ. წყლის სიმკვრივეა 1000 კგ/მ 3. თუ ბლოკი წყალშია მოთავსებული, რა არის ამომგდები ძალა … გრავიტაციის აჩქარება არის 10 ნ/კგ.
ცნობილი:
ბლოკის მოცულობა (V) = სიგრძე x სიგანე x სიმაღლე = 2.5 x 0.5 x 0.4 = 0.5 მ 3
წყლის სიმკვრივე (ρ) = 1000 კგ/მ 3
გრავიტაციის აჩქარება (g) = 10 N/kg
სასურველი: ამომგდები ძალის სიდიდე
გამოსავალი:
ამომგდები ძალის ფორმულა:
F = ρ g V
F = ამომგდები ძალა , ρ = წყლის სიმკვრივე , g = გრავიტაციის აჩქარება , V = მოცულობა
F = (1000)(10)(0.5) = (1000)(5) = 5000 ნიუტონი
2. ჰაერში არსებული სხეულის წონაა 100 ნ. საგანი მოთავსებულია სითხეში. სითხის მოცულობის ზრდა 1.5 მ3-ია . თუ სითხის ხვედრითი წონაა 10 ნ/მ 3 , რა არის სხეულის წონა სითხეში?
ცნობილი:
ობიექტის წონა ჰაერში (w) = 100 ნიუტონი
სითხის მოცულობის ზრდა = სითხეში არსებული ობიექტის მოცულობა (V) = 1.5 მ 3
სითხის სპეციფიკური წონა = 10 ნ/მ 3
სასურველი: ობიექტის წონა სითხეში
გამოსავალი:
საგნის წონა სითხეში = საგნის წონა ჰაერში – ამომგდები ძალა
სხეულის წონა სითხეში = 100 ნიუტონი – ამომგდები ძალა
ამომგდები ძალის ფორმულა:
F A = ρ g V
F A = ამწევი ძალა = ძალა, რომელსაც სითხეები ახდენენ წყალში მყოფ ობიექტზე
ρ = სითხის სიმკვრივე
g = გრავიტაციის აჩქარება
V = ობიექტის მოცულობა სითხეში
კონკრეტული წონა:
სითხის სპეციფიკური წონა = 10 ნ/მ 3
w / V = 10 N/m 3
მგ / ვ = 10 ნ/მ 3
მ (10) / ვ = 10 ნ/მ 3
მ / ვ = 1 კგ/მ 3
ρ = 1 კგ/მ 3
სითხის სიმკვრივეა 1 კგ/მ 3
ამწევი ძალის სიდიდე :
F A = ρ g V = (1 კგ/მ 3 )(10 მ/წმ 2 )(1.5 მ 3 ) = 15 კგ მ/წმ 2 = 15 ნიუტონი
ობიექტის წონა სითხეში:
ობიექტის წონა სითხეში = 100 ნიუტონი – 15 ნიუტონი
ობიექტის წონა სითხეში = 85 ნიუტონი
3. ზღვაში მცურავი გემი ფართო და ღრმა მდინარეში შედის. ზღვის წყლის სიმკვრივეა 1100 კგ/მ 3 , მდინარის წყლის სიმკვრივე კი 1000 კგ/ მ 3 . შეადარეთ ობიექტის მოცულობა ზღვის და მდინარის წყალში.
ა. 11: 10
ბ. 10: 11
გ. 121:100
დ. 1: 1
ცნობილი:
ზღვის წყლის სიმკვრივე (ρ1 ) = 1100 კგ/მ 3
მდინარის წყლის სიმკვრივე (ρ2 ) = 1000 კგ/მ 3
სასურველია: ობიექტის მოცულობის შედარება ზღვის და მდინარის წყალში . ობიექტის მოცულობის შედარება ზღვის და მდინარის წყალში.
გამოსავალი:
თუ ობიექტი მცურავია , მაშინ ამომგდები ძალა (F B ) = წონა (w):
არქიმედეს პრინციპი გულისხმობს, რომ სითხეში (წყალში) მყოფ სხეულზე მოქმედი ამომგდები ძალა უდრის მის მიერ გადაადგილებული სითხის (წყლის) წონას. სითხეში (წყალში) მყოფი სხეულის მოცულობა უდრის გადაადგილებული სითხის (წყლის) მოცულობას.
ობიექტის მოცულობის შედარება ზღვის წყალში და მდინარის წყალი:
სწორი პასუხია B.
4. ოქრო, რომლის მასა 193 გრამია, მოთავსებულია ნავთში, რომლის ზევით მიმართული ძალა 8000 დინია. თუ გრავიტაციის აჩქარება 10 მ/წმ 2- ია და ნავთის სიმკვრივე 0.8 გ/სმ 3- ია , მაშინ განსაზღვრეთ ოქროს სიმკვრივე.
ა. 1.93 გრ/სმ 3
ბ. 8.65 გრ/სმ 3
C. 19.3 გრ/სმ 3
დ. 193 გრ/სმ 3
ცნობილი:
ოქროს მასა (მ ოქრო ) = 193 გრამი = 0.193 კგ
გრავიტაციის აჩქარება (g) = 10 მ/ წმ²
ამწევი ძალა (F A ) = 8000 დინი = 8 x 10 3 დინი = (8 x 10 3 )(10 -5 N) = 8 x 10 -2 N = 0.08 ნიუტონი
ნავთის სიმკვრივე (ρ) = 0.8 გ/სმ 3 = 800 კგ/მ 3
სასურველი: ოქროს სიმკვრივე
გამოსავალი:
ოქროს წონა ჰაერში:
w = mg = ρ b V g —– განტოლება 1
V არის ოქროს მოცულობა ნავთში.
ამწევი ძალა (F B ) ტოლია ჰაერში ოქროს წონისა (w) გამოკლებული ნავთში ოქროს წონისა (w'):
w – w' = F A
w – w' = ρ f V g —– განტოლება 2
V არის ოქროს მოცულობა ნავთში.
ზემოთ მოცემული ორივე განტოლება შეიძლება კვლავ დაიწეროს ქვემოთ:
სწორი პასუხია C.
- რა არის ამომგდები ძალის ფუნდამენტური პრინციპი?
- უპასუხეთამომგდები ძალის ფუნდამენტური პრინციპი არქიმედეს პრინციპია. იგი აცხადებს, რომ სითხეში ჩაძირული სხეული განიცდის ზევით მიმართულ ძალას, რომელსაც ამომგდები ძალა ეწოდება და რომლის სიდიდე ტოლია ობიექტის მიერ გადაადგილებული სითხის წონისა.
- რატომ გვეჩვენება საგანი უფრო მსუბუქად, როდესაც ის წყალშია ჩაძირული?
- უპასუხეთროდესაც ობიექტი წყალშია ჩაძირული, ის გარკვეული მოცულობის წყალს გადაადგილებს. ამ გადაადგილებული წყლის წონა ობიექტზე ზევით მიმართულ ამომგდები ძალას ახდენს, რაც ობიექტის წონის ნაწილს აბალანსებს და მას მსუბუქ შეგრძნებას ანიჭებს.
- თუ ობიექტი წყალზე ტივტივებს, როგორ შეედრება ობიექტის წონა მასზე მოქმედ ამომგდები ძალას?
- უპასუხეთთუ სხეული ტივტივებს, მასზე მოქმედი ამომგდები ძალა ტოლია ობიექტის წონისა. სწორედ ამიტომ, სხეული წონასწორობაში რჩება ჩაძირვის ან აწევის გარეშე.
- მოქმედებს თუ არა ჰაერში არსებულ ობიექტებზე ამომგდები ძალა?
- უპასუხეთდიახ, ამომგდები ძალა მოქმედებს ნებისმიერ სითხეში არსებულ ობიექტებზე, მათ შორის ჰაერში. თუმცა, რადგან ჰაერი გაცილებით ნაკლებად მკვრივია, ვიდრე სითხეები, როგორიცაა წყალი, ჰაერში ამომგდები ძალა გაცილებით მცირეა და ხშირად უმნიშვნელოა ყოველდღიური ობიექტებისთვის.
- რატომ იძირება ზოგიერთი ობიექტი წყალში, ზოგი კი ტივტივებს?
- უპასუხეთობიექტის ჩაძირვა თუ ტივტივება დამოკიდებულია მის წონასა და ამომგდები ძალას შორის თანაფარდობაზე. თუ ამომგდები ძალა (გადაადგილებული სითხის გამო) მეტია ობიექტის წონაზე, ის ტივტივებს. თუ წონა მეტია, ის იძირება.
- თუ ავიღებთ ერთი და იგივე მოცულობისა და მასალის მქონე ღრუ და ერთ მყარ ლითონის ბურთს და წყალში ჩავძირავთ, რომელ მათგანზე იმოქმედებს უფრო დიდი ამწევი ძალა?
- უპასუხეთამომგდები ძალა დამოკიდებულია გადაადგილებული სითხის მოცულობაზე და არა ობიექტის მასაზე. რადგან ორივე ბურთი წყლის ერთნაირ მოცულობას გადაადგილებს, მათზე ერთი და იგივე ამომგდები ძალა მოქმედებს.
- რატომ ტივტივებენ წყალზე გაცილებით მკვრივი ფოლადისგან დამზადებული გემები?
- უპასუხეთგემები დაპროექტებულია დიდი ღრუებით შიგნით, რაც ნიშნავს, რომ მათი საშუალო სიმკვრივე წყლის სიმკვრივეზე ნაკლებია. გემის მიერ გადაადგილებული წყალი ახდენს ამწევ ძალას, რომელსაც შეუძლია გემის წონის ატანა, რაც მას ტივტივის საშუალებას აძლევს.
- რა მოხდება, თუ წყალში უფრო ღრმად ჩააწვებით მცურავ ბურთს და შემდეგ გაუშვებთ?
- უპასუხეთთუ მცურავ ბურთს წყალში უფრო ღრმად ჩააწვებით, მის მიერ გადაადგილებული წყლის მოცულობას გაზრდით, რაც ზრდის ამომგდები ძალას. როდესაც მას გაუშვებთ, გაზრდილი ამომგდები ძალა მას ზემოთ აწევს მანამ, სანამ წონასწორობის პოზიციას არ დაუბრუნდება.
- რა მოხდება ჩაძირულ ობიექტზე ამომგდები ძალის შემთხვევაში, თუ მას მტკნარი წყლიდან მარილიან წყალში გადავიტანთ?
- უპასუხეთმარილიანი წყალი მტკნარ წყალზე მკვრივია. ამიტომ, ერთი და იგივე მოცულობის გადაადგილებისთვის, მარილიან წყალში ამომგდები ძალა უფრო მეტი იქნება, ვიდრე მტკნარ წყალში. ამგვარად, საგანი შეიძლება მარილიან წყალში უფრო მაღლა ტივტივებდეს, ვიდრე მტკნარ წყალში.
- შესაძლებელია თუ არა, რომ ობიექტი წყალში ტივტივის დროს სტაბილური იყოს ერთ ორიენტაციაში (მაგ., ვერტიკალურად), მაგრამ არასტაბილური იყოს მეორეში (მაგ., ჰორიზონტალურად)?
- უპასუხეთდიახ, მცურავი ობიექტის სტაბილურობა დამოკიდებულია მისი წონის განაწილებაზე ამომგდები ძალის მიმართ. თუ სიმძიმის ცენტრი უშუალოდ ამომგდები ძალის ცენტრის ზემოთაა, ობიექტი სტაბილური იქნება. თუმცა, თუ ორიენტაციას შეცვლით, ცენტრებს შორის ურთიერთობა შეიძლება შეიცვალოს, რაც ამ კონკრეტული ორიენტაციის არასტაბილურობას გამოიწვევს.
