Forța de flotabilitate – probleme și soluții

Forța de flotabilitate – probleme și soluții

1. Un bloc de lemn cu lungimea = 2.5 m, lățimea = 0.5 m și înălțimea = 0.4 m. Densitatea apei este de 1000 kg/m³ ^. Dacă blocul este plasat în apă, care este forța de flotabilitate ... Accelerația datorată gravitației este de 10 N/kg.

Cunoscut:

Volumul blocului (V) = lungime x lățime x înălțime = 2.5 x 0.5 x 0.4 = 0.5 ^m³

Densitatea apei (ρ) = 1000 kg/ ^m³

Accelerația gravitațională (g) = 10 N/kg

Cerut: Magnitudinea forței de flotabilitate

soluţie:

Formula forței de flotabilitate:

F = ρgV

F = forța de flotabilitate , ρ = densitatea apei , g = accelerația gravitațională , V = volum

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

2. Greutatea unui obiect în aer este de 100 N. Obiectul este plasat într-un lichid. Creșterea volumului lichidului este de 1.5 m³ ^. Dacă greutatea specifică a lichidului este de 10 N/m³ ^, care este greutatea obiectului în lichid?

Cunoscut:

Greutatea obiectului în aer (w) = 100 newtoni

Creșterea volumului lichidului = volumul obiectului în lichid (V) = 1.5 ^m³

Greutatea specifică a lichidului = 10 N/ ^m³

Căutat: Greutatea obiectului în lichid

soluţie:

Greutatea obiectului în lichid = greutatea obiectului în aer – forța de flotabilitate

Greutatea obiectului în lichid = 100 Newton – forța de flotabilitate

Formula forței de flotabilitate:

F _A = ​​ρ g V

F _A = ​​forța de flotabilitate = forța exercitată de lichide asupra obiectului în apă

ρ = densitatea lichidului

g = accelerație datorată gravitației

V = volumul obiectului în lichid

Greutate specifică:

Greutatea specifică a lichidului = 10 N/ ^m³

w / V = ​​10 N/ ^m³

mg / V = ​​10 N/ ^m³

m (10) / V = ​​10 N/ ^m³

m / V = ​​1 kg/ ^m³

ρ = 1 kg/ ^m³

Densitatea lichidului este de 1 kg/ ^m³

Magnitudinea forței de flotabilitate :

F _A = ​​​​ρ g V = (1 kg/m³ ⁾ (10 m/s² ⁾ (1.5 ^m³ ) = 15 kg m/s² ⁼ 15 newtoni

Greutatea obiectului în fluid:

Greutatea obiectului în fluid = 100 newtoni – 15 newtoni

Greutatea obiectului în fluid = 85 newtoni

3. O navă care navighează pe mare intră într-un râu larg și adânc. Densitatea apei de mare este de 1100 kg/m3 ^, densitatea apei de râu este de 1000 kg/ m3 . Determinați comparația volumului obiectului aflat în apa de mare și în apa ^de râu.

A. 11:10

B. 10:11

C. 121: 100

D. 1:1

Cunoscut:

Densitatea apei de mare (ρ1 ₎ = 1100 kg/ ^m3

Densitatea apei de râu (ρ2 ₎ = 1000 kg/ ^m3

Cerere: Compararea volumului obiectului în apa de mare și în apa de râu. Compararea volumului obiectului în apa de mare și în apa de râu.

soluţie:

Dacă obiectul plutește , atunci forța de flotabilitate (F _B ) = greutatea (w):

Principiul lui Arhimede afirmă că forța de flotabilitate care acționează asupra unui obiect în fluid (apă) este egală cu greutatea fluidului (apei) pe care îl deplasează. Volumul obiectului în fluid (apă) este egal cu volumul fluidului (apei) deplasat.

Compararea volumului obiectului în apă de mare și în apa râului:

Raspunsul corect este B.

4. Aurul, a cărui masă este de 193 grame, se află în kerosen având o forță ascendentă de 8000 de dine. Dacă accelerația gravitațională este de 10 m/s² ^și densitatea kerosenului este de 0.8 gr/cm³ ^, atunci determinați densitatea aurului.

A. 1.93 gr/ ^cm³

B. 8.65 gr/ ^cm³

C. 19.3 gr/ ^cm³

D. 193 gr/ ^cm³

Cunoscut:

Masa aurului (m _aur ) = 193 grame = 0.193 kg

Accelerația gravitațională (g) = 10 m/ ^s²

Forța de flotabilitate (F _A ) = 8000 dine = 8 x ^10³ dine = (8 x ^10³ )( ^10⁻⁵ N) = 8 x ^10⁻² N = 0.08 Newton

Densitatea kerosenului (ρ) = 0.8 gr/cm³ ⁼ 800 kg/ ^m³

Cerere: Densitatea aurului

soluţie:

Greutatea aurului în aer:

w = mg = ρ _b V g —– Ecuația 1

V este volumul de aur din kerosen.

Forța de flotabilitate (F _B ) egală cu greutatea aurului în aer (w) minus greutatea aurului în kerosen (w'):

w – w' = F _A

w – w' = ρ _f V g —– Ecuația 2

V este volumul de aur din kerosen.

Ambele ecuații de mai sus pot fi scrise din nou mai jos:

Raspunsul corect este C.

1. Care este principiul fundamental care stă la baza forței de flotabilitate?
   • RăspundePrincipiul fundamental care stă la baza forței de flotabilitate este Principiul lui Arhimede. Acesta afirmă că un obiect scufundat într-un fluid experimentează o forță ascendentă numită forță de flotabilitate, care este egală ca mărime cu greutatea fluidului deplasat de obiect.
2. De ce pare un obiect mai ușor atunci când este scufundat în apă?
   • RăspundeCând un obiect este scufundat în apă, acesta deplasează un anumit volum de apă. Greutatea acestei ape deplasate exercită o forță de flotabilitate ascendentă asupra obiectului, care contracarează o parte din greutatea obiectului, făcându-l să pară mai ușor.
3. Dacă un obiect plutește pe apă, cum se compară greutatea obiectului cu forța de flotabilitate care acționează asupra lui?
   • RăspundeDacă un obiect plutește, forța de flotabilitate care acționează asupra lui este egală cu greutatea obiectului. De aceea, obiectul rămâne în echilibru fără a se scufunda sau a se ridica.
4. Acționează forța de flotabilitate asupra obiectelor din aer?
   • RăspundeDa, forța de flotabilitate acționează asupra obiectelor din orice fluid, inclusiv aer. Cu toate acestea, deoarece aerul este mult mai puțin dens decât lichidele precum apa, forța de flotabilitate în aer este mult mai mică și adesea neglijabilă pentru obiectele de zi cu zi.
5. De ce unele obiecte se scufundă în apă, în timp ce altele plutesc?
   • RăspundeScufundarea sau plutirea unui obiect depinde de relația dintre greutatea sa și forța de flotabilitate. Dacă forța de flotabilitate (datorată fluidului deplasat) este mai mare decât greutatea obiectului, acesta plutește. Dacă greutatea este mai mare, se scufundă.
6. Dacă ai lua o bilă metalică goală la interior și o bilă metalică solidă de același volum și material și le-ai scufunda în apă, care dintre ele ar experimenta o forță de flotabilitate mai mare?
   • RăspundeForța de flotabilitate depinde de volumul fluidului deplasat și nu de masa obiectului. Deoarece ambele bile deplasează același volum de apă, ele ar experimenta aceeași forță de flotabilitate.
7. De ce plutesc navele din oțel, care este mult mai dens decât apa?
   • RăspundeNavele sunt proiectate cu spații goale mari în interior, ceea ce înseamnă că densitatea lor medie totală este mai mică decât cea a apei. Apa deplasată de navă exercită o forță de flotabilitate care poate susține greutatea navei, permițându-i să plutească.
8. Dacă împingi o minge plutitoare mai adânc în apă și apoi o eliberezi, ce se va întâmpla?
   • RăspundeDacă împingi o minge plutitoare mai adânc în apă, crești volumul de apă pe care îl deplasează, ceea ce crește forța de flotabilitate. Când o eliberezi, forța de flotabilitate crescută o va împinge în sus până când revine la poziția de echilibru.
9. Ce se întâmplă cu forța de flotabilitate asupra unui obiect scufundat dacă îl muți din apă dulce în apă sărată?
   • RăspundeApa sărată este mai densă decât apa dulce. Prin urmare, pentru același volum deplasat, forța de flotabilitate în apa sărată va fi mai mare decât în ​​apa dulce. Așadar, un obiect ar putea pluti mai sus în apa sărată decât în ​​apa dulce.
10. Este posibil ca un obiect să fie stabil într-o anumită orientare (de exemplu, verticală), dar instabil în alta (de exemplu, orizontală) în timp ce plutește în apă?

• RăspundeDa, stabilitatea unui obiect plutitor depinde de distribuția greutății sale în raport cu forța de flotabilitate. Dacă centrul de greutate este direct deasupra centrului de flotabilitate, obiectul va fi stabil. Cu toate acestea, dacă schimbați orientarea, relația dintre centre s-ar putea schimba, ducând la instabilitate în orientarea respectivă.