Jeste li se ikada zapitali zašto neki objekti plutaju, a drugi tonu? Jeste li znali da svaki predmet u tekućini doživljava silu prema gore od tekućine? Istražimo i saznajmo više.
CILJEVI UČENJA
Do kraja ove teme od vas se očekuje da;
UVOD
Svi objekti u tekućini doživljavaju uzlaznu silu od tekućine bilo da su uronjeni ili plutaju. Ova sila prema gore naziva se sila potiska . Sila potiska naziva se i sila uzgona i označava se slovom "u".
ARHIMEDOV PRINCIP
Grčki znanstvenik po imenu Arhimed proveo je prve pokuse za mjerenje potiska na predmet u tekućini. Arhimedov princip kaže da "kada je tijelo potpuno uronjeno u tekućinu, ono doživljava silu prema gore koja je jednaka težini istisnute tekućine".
Kada je krutina uronjena u tekućinu, potisak na tu krutinu bit će jednak težini istisnute vode.
Na primjer, metalni blok čiji je volumen 60 cm 3 i težak 4,80 N u zraku je uronjen u tekućinu. Odredite težinu bloka kada je potpuno uronjen u tekućinu gustoće 1200 kgm -3 .
Riješenje
Volumen istisnute tekućine = 60cm 3 = 6,0 × 10 -5 m 3 .
Težina istisnute tekućine = volumen x gustoća 6,0 × 10 -5 × 1200 × 10 = 0,72 N
Potisak = težina istisnute tekućine. Težina bloka u tekućini = 4,80 – 0,72 = 4,08 N
PLUTAJUĆI OBJEKTI
Predmeti koji plutaju u tekućinama manje su gustoće od tekućina u kojima plutaju. Može se odrediti odnos između težine istisnute tekućine i težine tijela.
Težina istisnute tekućine jednaka je težini bloka u zraku. To je u skladu sa zakonom o plutanju koji kaže da "tijelo istiskuje vlastitu težinu". Ovaj odnos se može prikazati matematički kao što je prikazano u nastavku;
Težina = volumen x gustoća x gravitacija = v × ρ × g
W = vd × ρ × g gdje je vd volumen istisnute tekućine.
Imajte na umu da je plutanje posebna vrsta Arhimedovog principa. To je zato što lebdeće tijelo tone sve dok potisak nije jednak težini tijela.
RELATIVNA GUSTOĆA
Relativna gustoća je utvrđena kao omjer gustoće tvari i gustoće vode. Prema zakonu plutanja, tijelo istiskuje tekućinu koja je jednaka njegovoj vlastitoj težini, stoga se mogu uspostaviti sljedeći matematički izrazi.
Relativna gustoća = \(\frac{\textrm{ density of substance}}{\textrm{density of water}}\) = \(\frac{\textrm{weight of substance}}{\textrm{weight of equal }volume of water}\) = \(\frac{\textrm{mass of substance}}{\textrm{mass of equal volume of water}}\)
PRIMJENE RELATIVNE GUSTOĆE I ARHIMEDOVA NAČELA
1. Brodovi . Jeste li se ikada zapitali zašto željezna igla odmah tone u vodi, a ne i veliki brod? Odgovor je Arhimedov princip. Čavlić tone jer je težina istisnute vode manja od težine igle - gustoća željeza je veća od gustoće vode. Arhimedov princip se primjenjuje u gradnji brodova. Veliki dijelovi broda ostavljeni su šuplji kako bi brod bio manji od istisnute vode. Sila uzgona čija je veličina jednaka istisnutoj vodi održava brod na površini.
2. Podmornice . Podmornica može plutati na vodi, a može se i potopiti. To se postiže balastnim i stlačenim tankovima. Kada se balastni tank napuni vodom, podmornica je potopljena. To je zato što ima veću gustoću od istisnute vode. Kada se voda iz balastnog tanka istisne, uz pomoć stlačenog tanka, gustoća podmornice smanjuje se manje od gustoće istisnute vode. Stoga podmornica može plutati.
3. Baloni na vrući zrak . Balon se diže u zrak kada zrak koji okružuje balon ima veću težinu od balona. Kada je težina jednaka, balon ostaje nepomičan.
4. Hidrometri . Ovo je instrument koji se koristi za mjerenje specifične težine ili težine tekućina. Sastoji se od šuplje staklene cijevi sa širim postoljem u obliku lukovice i zabrtvljena je s oba kraja. Mjeri se razina areometra koji je uronjen u tekućinu i voda istisnuta areometrom kako bi se dobila specifična težina tekućine. Ako hidrometar tone dublje, to pokazuje da uzorak tla ima manju specifičnu težinu.
