Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego niektóre przedmioty pływają, a inne toną? Czy wiesz, że na każdy przedmiot w cieczy oddziałuje skierowana ku górze siła płynąca? Zagłębmy się i dowiedzmy więcej.
CELE KSZTAŁCENIA
Pod koniec tego tematu oczekuje się;
WSTĘP
Wszystkie obiekty w cieczy doświadczają siły skierowanej w górę od cieczy, niezależnie od tego, czy są zanurzone, czy unoszą się na wodzie. Ta skierowana do góry siła nazywana jest siłą wyporu . Siła wyporu nazywana jest również siłą wyporu i oznaczana jest literą „u”.
PRAWO ARCHIMEDESA
Grecki naukowiec o imieniu Archimedes przeprowadził pierwsze eksperymenty mające na celu zmierzenie wyporu na obiekt w cieczy. Prawo Archimedesa mówi, że „gdy ciało jest całkowicie zanurzone w płynie, działa na nie siła skierowana do góry, równa ciężarowi wypartego płynu”.
Kiedy ciało stałe jest zanurzone w cieczy, siła wyporu na to ciało stałe będzie równa ciężarowi wypartej wody.
Na przykład metalowy blok, którego objętość wynosi 60 cm3 i waży w powietrzu 4,80 N, jest zanurzony w cieczy. Wyznacz ciężar klocka, gdy jest on całkowicie zanurzony w cieczy o gęstości 1200 kgm -3 .
Rozwiązanie
Objętość wypartej cieczy = 60 cm 3 = 6,0 × 10 -5 m 3 .
Masa wypartej cieczy = objętość x gęstość 6,0 × 10 -5 × 1200 × 10 = 0,72 N
Upthrust = ciężar wypartej cieczy. Ciężar bloku w płynie = 4,80 – 0,72 = 4,08 N
OBIEKTY PŁYWAJĄCE
Przedmioty pływające w cieczach mają mniejszą gęstość niż ciecze, w których pływają. Można określić zależność między ciężarem wypartej cieczy a ciężarem ciała.
Ciężar wypartej cieczy jest równy ciężarowi klocka w powietrzu. Jest to zgodne z prawem unoszenia się na wodzie, które mówi, że „ciało wypiera swój własny ciężar”. Zależność tę można przedstawić matematycznie, jak pokazano poniżej;
Masa = objętość x gęstość x grawitacja = v × ρ × g
W = vd × ρ × g, gdzie vd jest objętością wypartej cieczy.
Zauważ, że pływanie jest szczególnym rodzajem prawa Archimedesa. Dzieje się tak, ponieważ pływające ciało tonie, dopóki siła wyporu nie będzie równa ciężarowi ciała.
GĘSTOŚĆ WZGLĘDNA
Gęstość względną ustalono jako stosunek gęstości substancji do gęstości wody. Zgodnie z prawem unoszenia się na powierzchni, przedmiot wypiera płyn, który jest równy jego własnemu ciężarowi, dlatego można ustalić następujące wyrażenia matematyczne.
Gęstość względna = \(\frac{\textrm{ density of substance}}{\textrm{density of water}}\) \(\frac{\textrm{weight of substance}}{\textrm{weight of equal }volume of water}\) = \(\frac{\textrm{mass of substance}}{\textrm{mass of equal volume of water}}\)
ZASTOSOWANIA GĘSTOŚCI WZGLĘDNEJ I PRAWA ARCHIMEDESA
1. Statki . Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego żelazna igła tonie natychmiast w wodzie, ale nie duży statek? Odpowiedzią jest zasada Archimedesa. Gwóźdź tonie, ponieważ ciężar wypartej wody jest mniejszy niż ciężar igły - gęstość żelaza jest większa niż gęstość wody. Prawo Archimedesa jest stosowane w budowie statków. Duże części statku są puste, aby statek ważył mniej niż wyparta woda. Siła wyporu o wartości równej wypartej wodzie utrzymuje statek na powierzchni.
2. Okręty podwodne . Okręt podwodny może unosić się na wodzie i może być również zanurzony. Osiąga się to dzięki zbiornikom balastowym i sprężonym. Kiedy zbiornik balastowy jest wypełniony wodą, łódź podwodna jest zanurzona. Dzieje się tak dlatego, że ma większą gęstość niż wyparta woda. Kiedy woda ze zbiornika balastowego jest usuwana przy pomocy zbiornika sprężonego, gęstość łodzi podwodnej spada mniej niż gęstość wypartej wody. Dlatego łódź podwodna może unosić się na wodzie.
3. Balony na ogrzane powietrze . Balon unosi się w powietrzu, gdy powietrze otaczające balon ma większą masę niż balon. Kiedy ciężar jest równy, balon pozostaje nieruchomy.
4. Hydrometry . Jest to przyrząd służący do pomiaru ciężaru właściwego lub ciężaru cieczy. Składa się z wydrążonej szklanej rurki z szerszą podstawą w kształcie bańki i jest uszczelniona z obu końców. Poziom areometru zanurzonego w cieczy i wody wypartej przez areometr mierzy się w celu uzyskania ciężaru właściwego cieczy. Jeśli areometr zanurzy się głębiej, oznacza to, że próbka gleby ma mniejszy ciężar właściwy.
