Совет 1: Как рассчитать архимедову силу

Сила Архимеда — выталкивающая сила, действующая на тело, которое погружено в жидкость или газ полностью или частично всегда направлена вертикально вверх и уменьшает собственный вес тела. Рассчитать ее очень просто — достаточно вычислить вес жидкости, вытесненной телом. Он равен вертикальной составляющей силы Архимеда.
Вам понадобится
  • • лист бумаги;
  • • ручка;
  • • линейка или рулетка;
  • • сосуд с водой;
  • • нитка.
Инструкция
1
Архимедова сила возникает из-за разности давлений воды на уровне верхнего и нижнего срезов тела. На верхнюю часть давит столб воды высотой h1 с силой, равной весу этого столба. На нижнюю часть действует сила, равная весу столба высотой h2. Эта высота определяется сложением h1 и высотой самого тела. Согласно закону Паскаля, давление в жидкости или газе распределяется равномерно во все стороны. В том числе и вверх.

Очевидно, что сила, действующая вверх, превышает силу, действующую вниз. Но, следует учесть, что принимается во внимание только воздействие столба жидкости. От собственного веса тела выталкивающая сила не зависит. Ни материал, из которого сделано тело, ни его иные качества, кроме размеров при вычислениях не используются. Расчет архимедовой силы базируется только на плотности жидкости и геометрических размерах погруженной части.
Механизм возникновения силы Архимеда.
2
Существует два способа, как рассчитать архимедову силу, действующую на тело, погруженное в жидкость. Первый состоит в измерении объема тела и вычислении веса жидкости, занимающей аналогичный объем. Для этого необходимо, чтобы тело обладало правильной геометрической формой, то есть, было кубом, параллелепипедом, шаром, полусферой, конусом. Объем твердого тела более сложной формы рассчитать очень трудно, поэтому для определения силы Архимеда в этом случае существует более практичный способ № 2. Но о нем несколько позже.

Определив объем погружаемого тела, умножаем его на плотность жидкости и находим величину выталкивающей силы, действующей на это тело в однородной среде заданной плотности и на ускорение свободного падения g (9,8 м/с2). Формула для определения силы Архимеда выглядит так:
F=ρgV
ρ - удельная плотность жидкости;
g - ускорение свободного падения;
V - объем вытесненной жидкости.
Как и любая сила, она измеряется в Ньютонах (Н).
3
Второй способ базируется на измерении объема вытесненной жидкости. Он наиболее соответствует тому опыту, который и привел Архимеда к открытию своего закона. Этот способ очень удобен и при вычислении архимедовой силы при частичном погружении тела. Для получения необходимых данных исследуемое тело подвешивают на нитке и медленно опускают в жидкость.

Достаточно замерить уровень жидкости в сосуде до погружения тела и после, умножить разницу уровней на площадь поверхности и найти объем вытесненной жидкости. Как и в первом случае, умножаем этот объем на плотность жидкости и g. Полученная величина и является силой Архимеда. Чтобы единицей измерения силы стал Ньютон, следует объем измерять в м3, а плотность — в кг/м3.

Совет 2: Как рассчитать давление в сосуде

Выдержит ли ведро, если налить в него воды? А если налить туда более тяжелую жидкость? Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассчитать давление, которое оказывает жидкость на стенки того или иного сосуда. Это очень часто бывает необходимо на производстве – например, при изготовлении цистерн или резервуаров. Особенно важно рассчитать прочность емкостей, если речь идет об опасных жидкостях.
Вам понадобится
  • Сосуд
  • Жидкость с известной плотностью
  • Знание закона Паскаля
  • Ареометр или пикнометр
  • Мерная мензурка
  • Весы
  • Таблица поправок для взвешивания на воздухе
  • Линейка
Инструкция
1
Определите плотность жидкости. Обычно это делается с помощью пикнометра или ареометра. Ареометр внешне похож на обычный термометр, внизу его расположен резервуар, заполненный дробью или ртутью, в средней части – термометр, а в верхней части – шкала плотностей. Каждое деление соответствует относительной плотности жидкости. Там же указывается температура, при которой нужно измерять плотность. Как правило, измерения проводят при температуре 20оС. Сухой ареометр погружают в сосуд с жидкостью, пока не станет понятно, что он там свободно плавает. Подержите ареометр в жидкости 4 минуты и посмотрите, на уровне какого деления он погружен в воду.
2
Измерьте высоту уровня жидкости в сосуде любым доступным способом. Это может быть линейка, штанген-циркуль, мерный циркуль и т.д. Нулевая отметка линейки должна находиться на нижнем уровне жидкости, верхняя – на уровне поверхности жидкости.
3
Вычислите давление на дно сосуда. Согласно закону Паскаля, оно не зависит от формы самого сосуда. Давление определяется только плотностью жидкости и высотой ее уровня, и рассчитывается по формуле P= h*?, где P – давление, h – высота уровня жидкости, ? – плотность жидкости. Приведите единицы измерения в вид, удобный для дальнейшего применения.
Видео по теме
Обратите внимание
Лучше пользоваться набором ареометров, в который входят приборы для измерения плотности жидкостей легче или тяжелее воды. Существуют специальные ареометры для измерения плотности спирта, молока и некоторых других жидкостей.

Чтобы измерить плотность жидкости ареометром, сосуд должен быть не менее 0,5 л.

Если рассматривать жидкость как несжимаемую, то давление на все поверхности сосуда будет равномерным.
Полезный совет
Измерение плотность с помощью пикнометра более точное, хотя и более трудоемкое. Вам понадобятся еще аналитические весы, дистиллированная вода, спирт, эфир и термостат. Такое измерение проводят в основном в специально оснащенных лабораториях. Взвесьте прибор на аналитических весах, которые дают высокую точность (до 0,0002 г). Заполните его дистиллированной водой, чуть выше расположения метки, и закройте пробкой. Поместите пикнометр в термостат и выдержите 20 минут при температуре 20оС. Уменьшите количество воды до метки. Излишки уберите пипеткой и снова закройте пикнометр. Поместите его в термостат на 10 минут, проверьте, совпадает ли уровень жидкости с меткой. Протрите пикнометр снаружи мягкой салфеткой и оставьте на 10 минут за стеклом коробки аналитических весов, после чего снова взвесьте. Узнав таким образом точную массу прибора, вылейте из него воду, сполосните спиртом и эфиром, продуйте. Заполните пикнометр жидкостью, плотность которой нужно узнать, и действуйте точно так же, как и с дистиллированной водой.

Если нет специального прибора, можно измерить плотность с помощью весов и мерной мензурки. Поставьте на весы мензурку и уравновесьте чашечки. Запишите массу. Наполните мензурку исследуемой жидкостью на заданную единицу объема и снова взвесьте. Разница в массах является массой жидкости в заданном объеме. Поделив массу на объем, вы получите плотность.

Совет 3: Как рассчитать ускорение

В учебниках физики и классической механики часто встречается понятие, ускорения. Если скорость характеризует быстроту движения, или перемещение за некоторый момент времени, то ускорение - изменение скорости тела во времени по модулю. Оно является производной скорости. Чтобы найти ускорение, следует найти начальную и конечную скорость тела, а также период времени, а затем осуществить над ними ряд вычислений.
Инструкция
1
Скорость движения тела в большинстве случаев изменяется с течением времени. Так, например, при выстреле или начале движения транспортного средства скорость перемещения объекта резко увеличивается за сравнительно короткий промежуток времени. Величина, характеризующая это изменение, и называется ускорением. Если вектор v задает скорость точки A в момент времени t, а за время Δt точка успевает перейти из положения A в положение B, достигнув скорости v1, изменение скорости вычисляется по формуле: Δv=v1-v.
2
Ускорение, как и скорость, может быть средним и мгновенным. Среднее ускорение представляет собой изменение скорости за определенное время Δt. Оно равно отношению изменения скорости к изменению этого времени:[a] =Δv/ΔtМгновенное ускорение представляет собой предел, к которому стремится среднее ускорение за заданное время. Оно равно пределу отношений Δv/Δt:a=lim [a]=lim Δv/Δt=dv/dtТакое ускорение развивается на малом расстоянии за промежуток времени, стремящийся к нулю.
3
Движение считается равноускоренным тогда, когда ускорение одинаково меняется за любой промежуток времени. При ускорении, равном нулю, движение называют равномерным. Основные формулы, описывающие равноускоренное движение, выглядят следующим образом:v=v0+at; s=v0t+at^2/2 - где vo - начальная скорость; s - перемещениеВ случае, если движение является равнозамедленным, данные формулы принимают вид:v =v0-at; s=v0t-at^2/2
4
Если точка движется по окружности, полное ускорение представляет собой сумму тангенциального и нормального (центростремительного) ускоренияй: a=an+aτ . Тангенциальное ускорение выражает быстроту изменения скорости по модулю. Оно направлено по касательной к траектории движения тела и вычисляется следующим образом:aτ =dv/dtВектор же центростремительного ускорения направлен перпендикулярно вектору мгновенной скорости. Нормальное ускорение равно произведению квадрата угловой скорости на радиус или отношению линейной скорости к радиусу:an=ω^2*R=v^2/RНаправление тангенциального ускорения совпадает с направлением скорости.Если точка движется по окружности, то формулы для нахождения ускорения будут существенно отличаться. Однако при нахождении любого ускорения важно знать начальную v0 и конечную скорость v1, а также изменение времени Δt.
Видео по теме
Обратите внимание
Архимедову силу не следует путать с подъемной силой. Поэтому, определяя плавучесть тела, учитывайте его собственный вес.
Полезный совет
Первым способом следует пользоваться в случае определения архимедовой силы для больших тел: лодок, плотов, газгольдеров, воздушных шаров. В этом случае объем вытесненной жидкости определить экспериментальным путем невозможно.

Незначительные погрешности в определении объема тела не очень сильно влияют на вычисленный результат, при условии тщательного проведения измерений.
Источники:
  • http://www.home-edu.ru/user/uatml/00000800/zakon_arh.htm
  • http://sverh-zadacha.ucoz.ru/lessons/Contents/mech/din/Fa.html
  • http://www.e-reading.ws/chapter.php/99166/12/Babaev_-_Gidravlika.html
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500
к
Honor 6X Premium
новая премиальная версия
узнать больше