كيفية حساب الطفو: 12 خطوة (بالصور)

جدول المحتويات:

كيفية حساب الطفو: 12 خطوة (بالصور)
كيفية حساب الطفو: 12 خطوة (بالصور)

فيديو: كيفية حساب الطفو: 12 خطوة (بالصور)

فيديو: كيفية حساب الطفو: 12 خطوة (بالصور)
فيديو: كيفية حساب حجم الهرم 2024, مارس
Anonim

الطفو هو القوة التي تعمل في الاتجاه المعاكس لاتجاه الجاذبية التي تؤثر على جميع الأجسام المغمورة في سائل. عندما يتم وضع جسم ما في سائل ، فإن وزنه يدفع السائل (سائل أو غاز) ، بينما تدفع قوة الطفو الجسم لأعلى ، وتعمل ضد الجاذبية. بشكل عام ، يمكن حساب هذه القوة بالمعادلة Fب = V.س × د × ز حيث Fب هي قوة الطفو ، V.س هو الحجم المغمور ، و D هي كثافة السائل الذي يغطس فيه الجسم ، و g هي قوة الجاذبية. لمعرفة كيفية تحديد طفو الكائن ، راجع الخطوة 1 للبدء.

خطوات

طريقة 1 من 2: استخدام معادلة قوة الطفو

حساب الطفو الخطوة 1
حساب الطفو الخطوة 1

الخطوة الأولى. ابحث عن حجم الجزء المغمور من الجسم

تتناسب قوة الطفو المؤثرة على جسم ما بشكل مباشر مع حجم الجسم المغمور. بمعنى آخر ، كلما كان الجسم أكثر صلابة ، زادت قوة الطفو المؤثرة عليه. هذا يعني أنه حتى الأشياء التي تغرق في سائل لها قوة تدفعها لأعلى. لبدء حساب هذه الكثافة ، فإن الخطوة الأولى هي تحديد حجم الجسم المغمور. بالنسبة للمعادلة ، يجب أن تكون هذه القيمة بالأمتار3.

  • بالنسبة للكائنات المغمورة تمامًا في السائل ، يكون الحجم المغمور هو نفسه الكائن. بالنسبة لأولئك الذين يطفون على سطح السائل ، يتم أخذ الحجم الموجود أسفل السطح فقط في الاعتبار.
  • على سبيل المثال ، لنفترض أننا نريد إيجاد قوة الطفو المؤثرة على كرة مطاطية تطفو في الماء. إذا كانت الكرة كرة كاملة ، قطرها متر واحد ، ونصفها عائم في الماء ، فيمكننا إيجاد حجم الجزء المغمور بإيجاد الحجم الكلي للكرة والقسمة على اثنين. بما أن حجم الكرة مُعطى بـ (4/3) π (نصف القطر)3، من المعروف أننا سنحصل على نتيجة (4/3) π (0 ، 5)3 = 0.524 متر3. 0, 524/2 = 0.262 متر3 المغمورة.
حساب الطفو الخطوة 2
حساب الطفو الخطوة 2

الخطوة الثانية. ابحث عن كثافة السائل

الخطوة التالية في عملية إيجاد قوة الطفو هي تحديد الكثافة (بالكيلوجرام / متر3) التي تم غمر الجسم منها. الكثافة هي قياس الوزن النسبي لجسم أو مادة بالحجم. بالنظر إلى كائنين متساويين في الحجم ، فإن الجسم ذو الكثافة الأكبر يزن أكثر. كقاعدة عامة ، كلما زادت كثافة السائل ، زادت قوة الطفو التي يبذلها. بالنسبة للسوائل ، من الأسهل بشكل عام تحديد الكثافة من خلال النظر إلى المواد المرجعية.

  • في مثالنا ، الكرة تطفو على الماء. بالتشاور مع قوة أكاديمية ، يمكننا أن نجد أن كثافة المياه على وشك 1000 كيلو / متر3.
  • يتم سرد كثافات السوائل الشائعة الأخرى في المصادر الهندسية. يمكن العثور على قائمة بهذه هنا.
حساب الطفو الخطوة 3
حساب الطفو الخطوة 3

الخطوة الثالثة. أوجد قوة الجاذبية (أو أي قوة أخرى لأسفل)

سواء كان الجسم عائمًا أو مغمورًا بالكامل ، فإنه يخضع دائمًا لقوة الجاذبية. في العالم الحقيقي ، هذه القوة الثابتة تساوي 9، 81 نيوتن / كيلو. ومع ذلك ، في الحالات التي تعمل فيها قوة أخرى ، مثل جهاز الطرد المركزي ، على سائل وجسم مغمور ، يجب أيضًا اعتبارها لتحديد إجمالي القوة الهابطة.

  • في مثالنا ، إذا كنا نتعامل مع نظام عادي وثابت ، يمكننا أن نفترض أن القوة الوحيدة المؤثرة في اتجاه الأسفل هي قوة الجاذبية المذكورة أعلاه.
  • ومع ذلك ، ماذا لو كانت الكرة تطفو في دلو من الماء ، وتدور بسرعة كبيرة في دائرة أفقية؟ في هذه الحالة ، بافتراض أن الدلو يدور بسرعة كافية لضمان عدم سقوط كل من الماء والكرة ، فإن القوة الهابطة في هذه الحالة ستنشأ من قوة الطرد المركزي الناتجة عن حركة الجرافة ، وليس جاذبية الأرض.
احسب الطفو الخطوة 4
احسب الطفو الخطوة 4

الخطوة 4. اضرب الحجم × الكثافة × الجاذبية

عندما يكون لديك قيم لحجم الجسم (بالأمتار 3) ، كثافة السوائل الخاصة بك (بالكيلوجرام / متر3) وقوة الجاذبية (أو القوة الهابطة للنظام الخاص بك) ، فإن إيجاد قوة الطفو أمر سهل. اضرب هذه الكميات الثلاث ببساطة لإيجاد القوة بوحدة النيوتن.

لنحل مثالنا بالتعويض عن قيمنا في المعادلة Fب = V.س × د × ز. Fب = 0.262 متر3 × 1000 كيلو / متر3 × 9 ، 81 نيوتن / كيلو = 2570 نيوتن.

احسب الطفو الخطوة 5
احسب الطفو الخطوة 5

الخطوة 5. اكتشف ما إذا كان الجسم يطفو بمقارنته بقوة الجاذبية

باستخدام معادلة قوة الطفو ، من السهل إيجاد القوة التي تدفع الجسم خارج المائع المغمور فيه. ومع ذلك ، مع مزيد من العمل ، من الممكن أيضًا تحديد ما إذا كان الكائن سوف يطفو أو يغرق. ابحث ببساطة عن قوة الطفو للجسم (بمعنى آخر ، استخدم حجمه بالكامل كـ Vس) ، ثم أوجد قوة الجاذبية بالمعادلة G = (كتلة الجسم) (9،81 مترًا / ثانية2). إذا كانت قوة الطفو أكبر من الجاذبية ، فسوف يطفو الجسم. ولكن إذا كانت قوة الجاذبية أكبر ، فإنها ستغرق. إذا كانت متساوية ، يسمى الكائن "محايد".

  • على سبيل المثال ، لنفترض أننا نريد معرفة ما إذا كان برميل خشبي أسطواني يبلغ وزنه 20 كيلوغرامًا وقطره 0.75 مترًا وارتفاعه 1.25 مترًا سوف يطفو على سطح الماء. هذا يتطلب بضع خطوات:

    • يمكننا إيجاد حجمه بالصيغة V = π (نصف القطر)2(ارتفاع). ف = π (0 ، 375)2(1, 25) = 0 ، 55 مترا3.
    • بعد ذلك ، بافتراض القيم الافتراضية للجاذبية وكثافة الماء ، يمكننا تحديد قوة الطفو على البرميل. 0 ، 55 مترا3 × 1000 كيلو / متر3 × 9 ، 81 نيوتن / كيلو = 5395 ، 5 نيوتن.
    • الآن علينا إيجاد قوة الجاذبية المؤثرة على البرميل. G = (20 كجم) (9.81 متر / ثانية2) = 196 ، 2 نيوتن. إنه أقل بكثير من قوة الطفو ، لذلك سوف يطفو البرميل.
احسب الطفو الخطوة 6
احسب الطفو الخطوة 6

الخطوة 6. استخدم نفس الأسلوب عندما يكون السائل عبارة عن غاز

عند حل مشاكل الكتابة ، لا تنس أن السائل لا يجب أن يكون سائلاً. تعتبر الغازات أيضًا سائلة ، وعلى الرغم من انخفاض كثافتها مقارنةً بأنواع المواد الأخرى ، إلا أنها لا تزال قادرة على تحمل وزن بعض الكائنات. بالون الهيليوم البسيط هو دليل على ذلك. نظرًا لأن غاز البالون أقل كثافة من السائل المحيط به ، فإنه يطفو!

طريقة 2 من 2: إجراء تجربة طفو بسيطة

احسب الطفو الخطوة 7
احسب الطفو الخطوة 7

الخطوة 1. ضع كوبًا صغيرًا أو وعاءًا في وعاء أكبر

مع وجود بعض العناصر من المنزل ، من السهل رؤية مبادئ الطفو قيد التنفيذ! في هذه التجربة البسيطة ، سوف نوضح أن الجسم المغمور يواجه قوة دفع لأنه يزيح حجمًا من السائل يساوي حجم الجسم المغمور. أثناء القيام بذلك ، نوضح أيضًا كيفية إيجاد قوة الطفو للتجربة. للبدء ، ضع وعاءًا صغيرًا ، مثل وعاء أو كوب ، داخل وعاء أكبر ، مثل وعاء أكبر أو دلو.

احسب الطفو الخطوة 8
احسب الطفو الخطوة 8

الخطوة 2. املأ الحاوية من الداخل إلى الحافة

ثم املأ الحاوية الأكبر بالماء. تريد أن يصل مستوى الماء إلى الحافة دون أن ينقلب. كن حذرا! في حالة انسكاب الماء ، أفرغ الحاوية الأكبر قبل المحاولة مرة أخرى.

  • بالنسبة لهذه التجربة ، من الآمن افتراض أن كثافة الماء تبلغ قيمتها الافتراضية 1000 كجم / متر3. ما لم تكن تستخدم ماء مالحًا أو سائلًا مختلفًا ، فإن معظم أنواع المياه لها كثافة قريبة من القيمة المرجعية.
  • إذا كان لديك قطارة ، فقد يكون من المفيد جدًا فحص مستوى الماء في الحاوية الداخلية.
احسب الطفو الخطوة 9
احسب الطفو الخطوة 9

الخطوة الثالثة. اغمر جسمًا صغيرًا

ابحث الآن عن جسم صغير يناسب الحاوية الداخلية ولن يتلفه الماء. أوجد كتلة هذا الجسم بالكيلوجرام (استخدم مقياسًا لهذا). ثم ، دون أن تبلل أصابعك ، اغمس الجسم في الماء حتى يبدأ في الطفو أو لا يمكنك الإمساك به. يجب أن تلاحظ تسرب الماء من الحاوية الداخلية إلى الحاوية الخارجية.

لأغراض هذا المثال ، لنفترض أننا وضعنا سيارة لعبة كتلتها 0.05 كجم في الحاوية الداخلية. لا نحتاج إلى معرفة حجم السيارة لحساب الدفع ، كما سنرى لاحقًا

احسب الطفو الخطوة 10
احسب الطفو الخطوة 10

الخطوة 4. جمع وقياس المياه المنسكبة

عندما تغمر جسمًا في الماء ، يحدث إزاحة للماء ؛ إذا لم يحدث ذلك ، فلن يكون هناك مكان له لدخول الماء. عندما يدفع السائل ، يدفع الماء للخلف ، مسبباً الطفو. خذ الماء المنسكب وضعه في كوب قياس. يجب أن يكون حجم الماء مساويًا للحجم المغمور.

بمعنى آخر ، إذا كان الجسم يطفو ، فإن حجم الماء المنسكب سيكون مساويًا لحجم الجسم المغمور في الماء. إذا غرق الجسم ، فإن حجم الماء المنسكب يساوي حجم الجسم كله

احسب الطفو الخطوة 11
احسب الطفو الخطوة 11

الخطوة 5. احسب وزن الماء المنسكب

بما أنك تعرف كثافة الماء ويمكنك قياس الحجم المنسكب ، يمكنك إيجاد الكتلة. ببساطة قم بتحويل الحجم إلى أمتار3 (يمكن أن تكون أداة التحويل عبر الإنترنت مثل هذه مفيدة) واضربها في كثافة الماء (1000 كجم / متر3).

في مثالنا ، لنفترض أن عربتنا غرقت وطردت حوالي ملعقتين كبيرتين (0 ، 00003 متر)3). لإيجاد كتلة الماء ، نضرب في كثافتها: 1000 كيلوغرام / متر3 × 0.0003 متر3 = 0.03 كيلو.

احسب الطفو الخطوة 12
احسب الطفو الخطوة 12

الخطوة 6. قارن الحجم المزاح بكتلة الجسم

الآن بعد أن عرفت الكتلة المغمورة والكتلة النازحة ، قارنها لترى أيهما أكبر. إذا كانت كتلة الجسم المغمور في الوعاء الداخلي أكبر من كتلة الماء المزاح ، فيجب أن يكون قد غرق. ولكن إذا كانت كتلة الماء المزاحة أكبر من ذلك ، فلا بد أن الجسم طاف. هذا هو مبدأ الطفو. لكي يطفو جسم ما ، يجب أن يزيح كتلة من الماء أكبر من الجسم.

  • أيضًا ، الكائنات ذات الكتل الأصغر ولكن الأحجام الأكبر هي الكائنات التي تطفو أكثر من غيرها. هذه الخاصية تعني أن الكائنات المجوفة تطفو. فكر في زورق. يطفو لأنه مجوف ، لذا يمكنه إزاحة الكثير من الماء دون الحاجة إلى كتلة كبيرة. إذا كانت الزوارق صلبة ، فلن تطفو جيدًا.
  • في مثالنا ، كتلة السيارة 0.05 كيلوغرام ، وهي أكبر من الماء المزاح 0.03 كيلوغرام. هذا يؤكد نتيجتنا: السيارة تغرق.

موصى به: