Drijfkracht – problemen en oplossingen

Drijfkracht – problemen en oplossingen

1. Een blok hout heeft een lengte van 2.5 m, een breedte van 0.5 m en een hoogte van 0.4 m. De dichtheid van water is 1000 kg/m³ ^. Als het blok in het water wordt geplaatst, wat is dan de opwaartse kracht ? De zwaartekrachtversnelling is 10 N/kg.

Bekend:

Volume van het blok (V) = lengte x breedte x hoogte = 2.5 x 0.5 x 0.4 = 0.5 ^m³

Dichtheid van water (ρ) = 1000 kg/ ^m³

Versnelling als gevolg van de zwaartekracht (g) = 10 N/kg

Gevraagd: De grootte van de opwaartse kracht

oplossing:

Formule voor de opwaartse kracht:

F = ρ g V

F = opwaartse kracht , ρ = dichtheid van water , g = zwaartekrachtversnelling , V = volume

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

2. Het gewicht van een voorwerp in de lucht is 100 N. Het voorwerp wordt in een vloeistof geplaatst. Het volume van de vloeistof neemt toe met 1.5 m³ ^. Als het soortelijk gewicht van de vloeistof 10 N/m³ is ^, wat is dan het gewicht van het voorwerp in de vloeistof?

Bekend:

Gewicht van het object in de lucht (w) = 100 Newton

Toename van het vloeistofvolume = volume van het object in de vloeistof (V) = 1.5 ^m³

Soortelijk gewicht van de vloeistof = 10 N/ ^m³

Gezocht: Gewicht van een object in vloeistof

oplossing:

Gewicht van het object in vloeistof = gewicht van het object in lucht – opwaartse kracht

Gewicht van het object in de vloeistof = 100 Newton – opwaartse kracht

Formule voor de opwaartse kracht:

F _A = ​​​​ρ g V

FA ₌ opwaartse kracht = de kracht die de vloeistof uitoefent op het object in water

ρ = dichtheid van de vloeistof

g = versnelling als gevolg van de zwaartekracht

V = het volume van het object in de vloeistof

Soortelijk gewicht:

Soortelijk gewicht van de vloeistof = 10 N/ ^m³

w / V = ​​​​10 N/m ³

mg / V = ​​​​10 N/m ³

m (10) / V = ​​​​10 N/m ³

m / V = ​​​​1 kg/m ³

ρ = 1 kg/ ^m³

De dichtheid van vloeistof is 1 kg/m³^.

De grootte van de opwaartse kracht :

F _A = ​​​​ρ g V = (1 kg/m ³ )(10 m/s ² )(1.5 m ³ ) = 15 kg m/s ² = 15 Newton

Gewicht van het object in de vloeistof:

Gewicht van het object in de vloeistof = 100 Newton – 15 Newton

Gewicht van het object in de vloeistof = 85 Newton

3. Een schip dat op zee vaart, komt in een brede en diepe rivier terecht. ^De dichtheid van zeewater is 1100 kg/m³ ^, de dichtheid van rivierwater is 1000 kg/ m³ . Bepaal het volume van het object in zeewater en in rivierwater.

A. 11 : 10

B. 10 : 11

C. 121 : 100

D. 1 : 1

Bekend:

Dichtheid van zeewater (ρ ₁ ) = 1100 kg/m ³

Dichtheid van rivierwater (ρ ₂ ) = 1000 kg/m ³

Gezocht : Vergelijking van het volume van een object in zeewater en in rivierwater.

oplossing:

Als het object drijft , dan is de opwaartse kracht (F _B ) = gewicht (w):

Het principe van Archimedes stelt dat de opwaartse kracht die op een voorwerp in een vloeistof (water) werkt, gelijk is aan het gewicht van de verplaatste vloeistof (water). Het volume van het voorwerp in de vloeistof (water) is gelijk aan het volume van de verplaatste vloeistof (water).

Vergelijking van het volume van het object in zeewater en in rivierwater:

Het juiste antwoord is B.

4. Goud, met een massa van 193 gram, bevindt zich in kerosine met een opwaartse kracht van 8000 dynes. Als de zwaartekrachtversnelling 10 m/s² is ^en de dichtheid van kerosine 0.8 g/cm³ ^, bepaal dan de dichtheid van het goud.

A. 1.93 gr/ ^cm³

B. 8.65 gr/ ^cm³

C. 19.3 gr/ ^cm³

D. 193 gr/ ^cm³

Bekend:

Massa goud (m _goud ) = 193 gram = 0.193 kg

Versnelling als gevolg van de zwaartekracht (g) = 10 m/ ^s²

Opwaartse kracht (FA ₎ = 8000 dyne = 8 x 10³ ^dyne = (8 x 10³ ⁾ ( ^10⁻⁵ N) = 8 x ^10⁻² N = 0.08 Newton

Dichtheid van kerosine (ρ) = 0.8 gr/cm³ ⁼ 800 kg/ ^m³

Gezocht: Dichtheid van goud

oplossing:

Gewicht van goud in de lucht:

w = mg = ρ _b V g —– Vergelijking 1

V is het volume goud in kerosine.

Opwaartse kracht (F _B ) gelijk aan het gewicht van goud in lucht (w) min het gewicht van goud in kerosine (w') :

w – w' = F _A

w – w' = ρ _f V g —– Vergelijking 2

V is het volume goud in kerosine.

Beide bovenstaande vergelijkingen kunnen als volgt worden herschreven:

Het juiste antwoord is C.

1. Wat is het fundamentele principe achter de opwaartse kracht?
   • AntwoordHet fundamentele principe achter de opwaartse kracht is het principe van Archimedes. Dit principe stelt dat een voorwerp dat in een vloeistof is ondergedompeld een opwaartse kracht ondervindt, de zogenaamde opwaartse kracht, die gelijk is aan het gewicht van de vloeistof die door het voorwerp wordt verplaatst.
2. Waarom voelt een voorwerp lichter aan wanneer het in water ondergedompeld is?
   • AntwoordWanneer een voorwerp in water wordt ondergedompeld, verplaatst het een bepaald volume water. Het gewicht van dit verplaatste water oefent een opwaartse drijfkracht uit op het voorwerp, die een deel van het gewicht van het voorwerp compenseert, waardoor het lichter aanvoelt.
3. Als een voorwerp op water drijft, hoe verhoudt het gewicht van het voorwerp zich dan tot de opwaartse kracht die erop inwerkt?
   • AntwoordAls een voorwerp drijft, is de opwaartse kracht die erop werkt gelijk aan het gewicht van het voorwerp. Daarom blijft het voorwerp in evenwicht zonder te zinken of te stijgen.
4. Werkt de opwaartse kracht op objecten in de lucht?
   • AntwoordJa, de opwaartse kracht werkt in op objecten in elke vloeistof, inclusief lucht. Omdat lucht echter veel minder dicht is dan vloeistoffen zoals water, is de opwaartse kracht in lucht veel kleiner en vaak verwaarloosbaar voor alledaagse voorwerpen.
5. Waarom zinken sommige voorwerpen in water, terwijl andere blijven drijven?
   • AntwoordOf een voorwerp zinkt of drijft, hangt af van de verhouding tussen het gewicht en de opwaartse kracht. Als de opwaartse kracht (veroorzaakt door de verplaatste vloeistof) groter is dan het gewicht van het voorwerp, drijft het. Als het gewicht groter is, zinkt het.
6. Als je een holle metalen bal en een massieve metalen bal van hetzelfde volume en materiaal neemt en ze in water onderdompelt, welke van de twee zal dan een grotere opwaartse kracht ondervinden?
   • AntwoordDe opwaartse kracht hangt af van het volume van de verplaatste vloeistof en niet van de massa van het object. Omdat beide ballen hetzelfde volume water verplaatsen, ondervinden ze dezelfde opwaartse kracht.
7. Waarom drijven schepen van staal, dat een veel hogere dichtheid heeft dan water?
   • AntwoordSchepen zijn ontworpen met grote holle ruimtes aan de binnenkant, waardoor hun gemiddelde dichtheid lager is dan die van water. Het water dat door het schip wordt verplaatst, oefent een opwaartse kracht uit die het gewicht van het schip kan dragen, waardoor het kan blijven drijven.
8. Wat gebeurt er als je een drijvende bal dieper in het water duwt en hem vervolgens loslaat?
   • AntwoordAls je een drijvende bal dieper in het water duwt, vergroot je het volume water dat hij verplaatst, waardoor de opwaartse kracht toeneemt. Wanneer je hem loslaat, zal de toegenomen opwaartse kracht hem omhoog duwen totdat hij terugkeert naar zijn evenwichtspositie.
9. Wat gebeurt er met de opwaartse kracht op een ondergedompeld voorwerp als je het van zoetwater naar zoutwater verplaatst?
   • AntwoordZout water is dichter dan zoet water. Daarom is de opwaartse kracht in zout water groter dan in zoet water bij hetzelfde verplaatste volume. Een voorwerp kan dus hoger drijven in zout water dan in zoet water.
10. Is het mogelijk dat een voorwerp stabiel is in één oriëntatie (bijvoorbeeld verticaal) maar instabiel in een andere (bijvoorbeeld horizontaal) terwijl het in water drijft?

• AntwoordJa, de stabiliteit van een drijvend object hangt af van de verdeling van het gewicht ten opzichte van de opwaartse kracht. Als het zwaartepunt zich direct boven het zwaartepunt van de opwaartse kracht bevindt, is het object stabiel. Als je echter de oriëntatie verandert, kan de verhouding tussen de zwaartepunten veranderen, wat instabiliteit in die specifieke oriëntatie tot gevolg kan hebben.