Vzgonska sila – problemi in rešitve

Vzgonska sila – problemi in rešitve

1. Lesena klada z dolžino = 2.5 m, širino = 0.5 m in višino = 0.4 m. Gostota vode je 1000 kg/m³Če blok postavimo v vodo, kaj je vzgonska sila… Pospešek zaradi gravitacije je 10 N/kg.

Znano:

Prostornina bloka (V) = dolžina x širina x višina = 2.5 x 0.5 x 0.4 = 0.5 m³

Gostota vode (ρ) = 1000 kg/m³

Pospešek zaradi gravitacije (g) = 10 N/kg

Išče se: Velikost vzgonske sile

Rešitev:

Formula za vzgonsko silo:

F = ρ g V

F= vzgonska sila, ρ = gostota vode, g = pospešek zaradi gravitacije, V = prostornina

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

2. Teža predmeta v zraku je 100 N. Predmet je postavljen v tekočino. Povečanje prostornine tekočine je 1.5 m³Če je specifična teža tekočine 10 N/m³, kolikšna je teža predmeta v tekočini.

Znano:

Predmetov teža v zraku (w) = 100 Newtonov

Povečanje volumna tekočine = volumen predmeta v tekočini (V) = 1.5 m³

Specifična teža tekočine = 10 N/m³

Išče se: Teža predmeta v tekočini

Rešitev:

Teža predmeta v tekočini = teža predmeta v zraku – vzgonska sila

Teža predmeta v tekočini = 100 Newtonov – vzgonska sila

Formula za vzgonsko silo:

F_A = ρ g V

F_A = vzgonska sila = sila, ki jo tekočine izvajajo na predmet v vodi

ρ = gostota tekočine

g = pospešek zaradi gravitacije

V = volumen predmeta v tekočini

Specifična teža:

Specifična teža tekočine = 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

Gostota tekočine je 1 kg/m³

Velikost vzgonske sile :

F_A = ρ g V = (1 kg/m³)(10 m/s²)(1.5 m³) = 15 kg m/s² = 15 Newtonov

Teža predmeta v tekočini:

Teža predmeta v tekočini = 100 Newtonov – 15 Newtonov

Teža predmeta v tekočini = 85 Newtonov

3. Ladja, ki pluje po morju, vstopi v široko in globoko reko. TGostota morske vode je 1100 kg/m³³je gostota rečne vode je 1000 kg/m³. Določite primerjavo prostornina predmeta je v morski vodi in in rečna voda.

A. 11 : 10

B. 10 : 11

C. 121 : 100

O. 1 : 1

Znano:

Gostota morske vode (ρ₁) = 1100 kg/m³

Gostota rečne vode (ρ₂) = 1000 kg/m³

Zaželeno: Cprimerjava prostornina predmeta je v morski vodi in in rečna voda. primerjava prostornina predmeta je v morski vodi in in rečna voda.

Rešitev:

If predmet je plavajoči tvzgonska sila kokoši (F_B) = teža (m):

Arhimednačelo pravi, da vzgonska sila deluje na predmet v tekočina (voda) je enaka teži tekočine (vode), ki jo izpodrine. Prostornina predmeta v tekočini (vodi) je enaka prostornini premaknjene tekočine (vode).

Primerjava volumna predmeta v morski vodi in v rečna voda:

Pravilen odgovor je B.

4. Zlato, katerega masa je 193 gramov, je v kerozinu z navzgor usmerjeno silo 8000 din. Če pospešek zaradi gravitacije je 10 m/s² in gostota kerozin ima 0.8 g/cm³, Potem določitev o gostota zlato.

A. 1.93 g/cm³

B. 8.65 g/cm³

C. 19.3 g/cm³

D. 193 g/cm³

Znano:

Masa zlata (m_zlato) = 193 gramov = 0.193 kg

Pospešek zaradi gravitacije (g) = 10 m/s²

Vzgonska sila (F_A) = 8000 dynov = 8 x 10³ din = (8 x 10³)(10^-5 N) = 8 x 10^-2 N = 0.08 Newtona

Gostota kerozina (ρ) = 0.8 gr/cm³ = 800 kg/m³

Išče se: Gostota zlata

Rešitev:

Teža zlata v zraku:

w = mg = ρ_b V g —– Enačba 1

V je volumen zlata v kerozinu.

Vzgonska sila (F_B) enako teži zlata v zraku (w) minus teži zlata v kerozinu (w') :

w – w' = F_A

w – w' = ρ_f V g —– Enačba 2

V je volumen zlata v kerozinu.

Obe zgornji enačbi lahko zapišemo še enkrat spodaj:

Pravilen odgovor je C.

1. Kaj je temeljno načelo vzgonske sile?
   • OdgovorTemeljno načelo vzgonske sile je Arhimedov zakon. Ta pravi, da na predmet, potopljen v tekočino, deluje navzgor usmerjena sila, imenovana vzgonska sila, ki je po velikosti enaka teži tekočine, ki jo predmet izpodrine.
2. Zakaj se predmet zdi lažji, ko je potopljen v vodo?
   • OdgovorKo je predmet potopljen v vodo, izpodrine določeno količino vode. Teža te izpodrinjene vode izvaja na predmet vzgonsko silo navzgor, ki deluje proti delu teže predmeta, zaradi česar se zdi lažji.
3. Če predmet plava na vodi, kako se teža predmeta primerja z vzgonsko silo, ki deluje nanj?
   • OdgovorČe predmet lebdi, je vzgonska sila, ki deluje nanj, enaka teži predmeta. Zato predmet ostane v ravnovesju, ne da bi se potopil ali dvignil.
4. Ali vzgonska sila deluje na predmete v zraku?
   • OdgovorDa, vzgonska sila deluje na predmete v kateri koli tekočini, vključno z zrakom. Ker pa je zrak veliko manj gost kot tekočine, kot je voda, je vzgonska sila v zraku veliko manjša in pogosto zanemarljiva za vsakdanje predmete.
5. Zakaj nekateri predmeti potonejo v vodi, drugi pa plavajo?
   • OdgovorAli se predmet potopi ali plava, je odvisno od razmerja med njegovo težo in vzgonsko silo. Če je vzgonska sila (zaradi izpodrinjene tekočine) večja od teže predmeta, plava. Če je teža večja, se potopi.
6. Če bi vzeli votlo kovinsko kroglo in trdno kovinsko kroglo enake prostornine in materiala ter ju potopili v vodo, katera bi občutila večjo vzgonsko silo?
   • OdgovorVzgonska sila je odvisna od volumna izpodrinjene tekočine in ne od mase predmeta. Ker obe krogli izpodrineta enako količino vode, bi na njiju delovala enaka vzgonska sila.
7. Zakaj ladje iz jekla, ki je veliko gostejše od vode, plavajo?
   • OdgovorLadje so zasnovane z velikimi votlimi prostori v notranjosti, kar pomeni, da je njihova skupna povprečna gostota manjša od gostote vode. Voda, ki jo ladja izpodrine, izvaja vzgonsko silo, ki lahko podpira težo ladje in ji omogoča, da plava.
8. Kaj se bo zgodilo, če plavajočo žogo potisnete globlje v vodo in jo nato spustite?
   • OdgovorČe plavajočo kroglo potisnete globlje v vodo, povečate prostornino vode, ki jo izpodrine, kar poveča vzgonsko silo. Ko jo spustite, jo bo povečana vzgonska sila potisnila navzgor, dokler se ne vrne v ravnovesni položaj.
9. Kaj se zgodi z vzgonsko silo na potopljenem predmetu, če ga premaknemo iz sladke v slano vodo?
   • OdgovorSlana voda je gostejša od sladke vode. Zato bo za enako izpodrinjeno prostornino vzgonska sila v slani vodi večja kot v sladki vodi. Predmet lahko torej v slani vodi plava višje kot v sladki vodi.
10. Ali je mogoče, da je predmet stabilen v eni orientaciji (npr. navpični), vendar nestabilen v drugi (npr. vodoravni), medtem ko plava v vodi?

• OdgovorDa, stabilnost plavajočega predmeta je odvisna od porazdelitve njegove teže glede na vzgonsko silo. Če je težišče neposredno nad težiščem vzgona, bo predmet stabilen. Če pa spremenite orientacijo, se lahko razmerje med središči spremeni, kar povzroči nestabilnost v tej določeni orientaciji.