მოძრავი ძალა გრავიტაციის საპირისპირო ძალაა, რომელიც გავლენას ახდენს სითხეში ჩაძირულ ყველა ობიექტზე. როდესაც ობიექტი მოთავსებულია სითხეში, ობიექტის მასა იჭერს სითხესთან (სითხე ან გაზი), ხოლო მოძრავი ძალა უბიძგებს ობიექტს სიმძიმის წინააღმდეგ. ზოგადად, ეს მოძრავი ძალა შეიძლება გამოითვალოს განტოლებით ფა = Vტ გ, ფა არის მოძრავი ძალა, ვტ არის ჩაძირული ობიექტის მოცულობა, არის სითხის სიმკვრივე და g არის გრავიტაციული ძალა. იმის გასაგებად, თუ როგორ უნდა დადგინდეს ობიექტის სიმძლავრე, იხილეთ ქვემოთ ნაბიჯი 1 დასაწყებად.
ნაბიჯი
2 მეთოდი 1: ბუიანტის განტოლების გამოყენება
ნაბიჯი 1. იპოვეთ ობიექტის ჩაძირული ნაწილის მოცულობა
მოძრავი ძალა, რომელიც მოქმედებს ობიექტზე, პროპორციულია ჩაძირული ობიექტის მოცულობისა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, რაც უფრო დიდია ობიექტის ჩაძირული მყარი ნაწილი, მით უფრო დიდია ობიექტზე მოქმედი გამძაფრებული ძალა. ეს ნიშნავს, რომ სითხეში ჩაძირულ ობიექტებს აქვთ გამჭოლი ძალა, რომელიც ობიექტს მაღლა უბიძგებს. იმისათვის, რომ დაიწყოთ ობიექტზე მოქმედი მოძრავი ძალის გამოთვლა, თქვენი პირველი ნაბიჯი ჩვეულებრივ არის სითხეში ჩაძირული ობიექტის მოცულობის განსაზღვრა. ამწეობის განტოლებისთვის ეს მნიშვნელობა უნდა იყოს მეტრში3.
- სითხეში მთლიანად ჩაძირული ობიექტისთვის ჩაძირული მოცულობა უტოლდება თავად საგნის მოცულობას. სითხის ზედაპირზე მცურავი ობიექტებისთვის გამოითვლება მხოლოდ მოცულობა ზედაპირის ქვემოთ.
- მაგალითად, დავუშვათ, რომ ჩვენ გვინდა ვიპოვოთ გამჭოლი ძალა, რომელიც მოქმედებს წყალზე მცურავ რეზინის ბურთზე. თუ რეზინის ბურთი არის სრულყოფილი სფერო 1 მ დიამეტრით და ცურავს მისი ნახევარი წყლის ქვეშ, ჩვენ შეგვიძლია ვიპოვოთ ჩაძირული ნაწილის მოცულობა სფეროს მთლიანი მოცულობის პოვნით და ორზე გაყოფით. სფეროს მოცულობა არის (4/3) (რადიუსი)3, ჩვენ ვიცით, რომ ჩვენი სფეროს მოცულობა არის (4/3) π (0, 5)3 = 0.524 მეტრი3. 0, 524/2 = 0.262 მეტრი3 ჩაძირვა.
ნაბიჯი 2. იპოვეთ თქვენი სითხის სიმკვრივე
შემდეგი ნაბიჯი გადაადგილების პროცესში არის სიმკვრივის განსაზღვრა (კილოგრამებში/მეტრში)3) სითხის, რომელშიც ობიექტია ჩაძირული. სიმკვრივე არის ობიექტის ან ნივთიერების მასის გაზომვა მის მოცულობასთან შედარებით. თუ მოცემულია ერთი და იგივე მოცულობის ორი ობიექტი, უფრო დიდი სიმკვრივის მქონე ობიექტს ექნება მეტი მასა. წესის თანახმად, რაც უფრო დიდია სითხის სიმკვრივე, რომელშიც ობიექტია ჩაძირული, მით უფრო დიდია მოძრავი ძალა. სითხეებით, როგორც წესი, სიმკვრივის განსაზღვრის უმარტივესი გზაა უბრალოდ მისი მოძიება საცნობარო მასალაში.
- ჩვენს მაგალითში, ჩვენი ბურთი ცურავს წყალში. აკადემიური წყაროების ძიებით, ჩვენ შეგვიძლია ვიპოვოთ, რომ წყალს აქვს სიმკვრივე დაახ. 1000 კილოგრამი/მეტრზე3.
- სხვა ფართოდ გავრცელებული სითხის სიმკვრივე ჩამოთვლილია საინჟინრო წყაროებში. ერთ -ერთი სია შეგიძლიათ იხილოთ აქ.
ნაბიჯი 3. იპოვეთ სიმძიმის ძალა (ან სხვა დაღმავალი ძალა)
ობიექტი იძირება თუ მიედინება სითხეში, მას ყოველთვის აქვს გრავიტაციული ძალა. რეალურ სამყაროში, დაღმავალი ძალის მუდმივი ტოლია 9.81 ნიუტონი/კილოგრამი რა ამასთან, იმ სიტუაციებში, როდესაც სხვა ძალები, როგორიცაა ცენტრიდანული ძალა, მოქმედებენ სითხეზე და მასში ჩაძირულ ობიექტზე, ეს ძალა ასევე უნდა იქნას გათვალისწინებული, რათა დადგინდეს მთლიანი სისტემის მთლიანი დაღმავალი ძალა.
- ჩვენს მაგალითში, ჩვენ ვმუშაობთ ჩვეულებრივ, სტატიკურ სისტემასთან, ასე რომ შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ სითხეებსა და ობიექტებზე მოქმედი ერთადერთი დაღმავალი ძალა არის საერთო გრავიტაციული ძალა - 9.81 ნიუტონი/კილოგრამი.
- თუმცა, რა მოხდება, თუ ჩვენი ბურთი, რომელიც წყლის ვედროში მიცურავს, წრიულად გადაადგილდება ჰორიზონტალური მიმართულებით დიდი სიჩქარით? ამ შემთხვევაში, ვივარაუდოთ, რომ თაიგული საკმარისად სწრაფად ირევა, რომ წყალი და ბურთი არ დაიღვაროს, ამ სიტუაციაში დაღმავალი ძალა მიიღება ცენტრიდანული ძალისგან, რომელიც შეიქმნა ვედროსა და არა დედამიწის სიმძიმისგან.
ნაბიჯი 4. გავამრავლოთ მოცულობა × სიმკვრივე გრავიტაცია
თუ თქვენ გაქვთ თქვენი ობიექტის მოცულობის მნიშვნელობა (მეტრში3), თქვენი სითხის სიმკვრივე (კილოგრამებში/მეტრში3), და სიმძიმის ძალა (ქვევით ძალა თქვენს სისტემაზე), ასე რომ, ბუანსის პოვნა ძალიან ადვილია. უბრალოდ გაამრავლეთ ეს სამი მნიშვნელობა ნიუტონებში მცოცავი ძალის მოსაძებნად.
მოდით გადავწყვიტოთ ჩვენი მაგალითის პრობლემა ჩვენი მნიშვნელობების F განტოლებაში ჩართვითა = Vტ გ. ფა = 0.262 მეტრი3 × 1000 კილოგრამი/მეტრზე3 × 9.81 ნიუტონი/კილოგრამი = 2,570 ნიუტონი.
ნაბიჯი 5. ნახეთ თუ არა თქვენი ობიექტი მცურავი შედარების buoyancy გრავიტაციული ძალა
ტალღოვანი განტოლების გამოყენებით ადვილია იპოვოთ ძალა, რომელიც უბიძგებს ობიექტს სითხის ზემოთ და გარეთ. თუმცა, მცირეოდენი ზედმეტი ძალისხმევით, ასევე შესაძლებელია იმის დადგენა, თუ ობიექტი დაცურავს ან ჩაიძირება. უბრალოდ იპოვნეთ მოძრავი ძალა მთლიანი ობიექტისთვის (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, გამოიყენეთ მთელი მოცულობა V მნიშვნელობისთვისტ), შემდეგ იპოვეთ გრავიტაციული ძალა, რომელიც უბიძგებს მას ქვემოთ განტოლებით G = (ობიექტის მასა) (9.81 მეტრი/წამი2). თუ მოძრავი ძალა გრავიტაციულ ძალაზე მეტია, ობიექტი იძირება. მეორეს მხრივ, თუ გრავიტაციული ძალა უფრო დიდია, ვიდრე მოძრავი ძალა, ობიექტი ჩაიძირება. თუ სიდიდე ერთნაირია, მაშინ ობიექტი მიცურავს.
-
მაგალითად, ვთქვათ, ჩვენ გვინდა ვიცოდეთ თუ არა წყლის ცილინდრული კასრი, რომლის მასა 20 კილოგრამია და დიამეტრი 0.75 მ და სიმაღლე 1.25 მ. ეს პრობლემა გამოიყენებს რამდენიმე ნაბიჯს:
- ჩვენ შეგვიძლია ვიპოვოთ მოცულობა ცილინდრის მოცულობით V = (რადიუსი)2(მაღალი). V = (0, 375)2(1, 25) = 0.55 მეტრი3.
- შემდეგი, ვივარაუდოთ, რომ გრავიტაციის სიდიდე ჩვეულებრივია და ჩვეულებრივი სიმკვრივის წყალი, ჩვენ შეგვიძლია ვიპოვოთ ლულის მოძრავი ძალა. 0.55 მეტრი3 × 1000 კილოგრამი/მეტრზე3 × 9.81 ნიუტონი/კილოგრამი = 5,395, 5 ნიუტონი.
- ახლა ჩვენ უნდა ვიპოვოთ ლულის გრავიტაციული ძალა. G = (20 კგ) (9.81 მეტრი/წამში)2) = 196,2 ნიუტონი რა ეს ძალა ნაკლებია, ვიდრე ტალღოვანი ძალა, ასე რომ, ლულა დაცურავს.
ნაბიჯი 6. გამოიყენეთ იგივე მიდგომა, თუ თქვენი სითხე არის გაზი
მცურავ პრობლემებზე მუშაობისას არ უნდა დაგვავიწყდეს, რომ სითხე, რომელშიც ობიექტია ჩაძირული, არ უნდა იყოს თხევადი. გაზები ასევე სითხეა და, მიუხედავად იმისა, რომ გაზებს აქვთ სხვა ნივთიერებებთან შედარებით ძალიან დაბალი სიმკვრივე, მათ მაინც შეუძლიათ გაზში მცურავი ობიექტების გარკვეული მასის მხარდაჭერა. მარტივი ჰელიუმის ბუშტი ამის დასტურია. იმის გამო, რომ ბალონში არსებული გაზი ნაკლებად მკვრივია ვიდრე მიმდებარე სითხე (ატმოსფერული ჰაერი), ბუშტი მიცურავს!
მეთოდი 2 -დან 2 -დან: მარტივი ბუიანის ექსპერიმენტის ჩატარება
ნაბიჯი 1. მოათავსეთ პატარა თასი ან ჭიქა უფრო დიდ თასში
საყოფაცხოვრებო ნივთებით, ექსპერიმენტში ადვილია ნახოთ ამოფრქვევის პრინციპები! ამ მარტივ ექსპერიმენტში ჩვენ ვაჩვენებთ, რომ ჩაძირული ობიექტი განიცდის მძლავრ ძალას, რადგან ის ცვლის სითხის მოცულობას, რომელიც ტოლია ჩაძირული ობიექტის მოცულობის. როდესაც ჩვენ ამას ვაკეთებთ, ჩვენ ასევე გამოვავლენთ პრაქტიკულ გზას ამ ექსპერიმენტის საშუალებით ობიექტის მოძრავი ძალის პოვნაში. დასაწყებად, მოათავსეთ პატარა, ღია კონტეინერი, როგორიცაა თასი ან ჭიქა, უფრო დიდ კონტეინერში, როგორიცაა დიდი თასი ან ვედრო.
ნაბიჯი 2. შეავსეთ პატარა კონტეინერი ზღვარზე
შემდეგი, შეავსეთ პატარა შიდა კონტეინერი წყლით. თქვენ გინდათ წყალი ისეთივე მაღალი იყოს, როგორც კონტეინერი დაღვრის გარეშე. აქ ფრთხილად იყავი! თუ წყალი დაიღვარეთ, ცადეთ უფრო დიდი კონტეინერი ხელახლა ცდის წინ.
- ამ ექსპერიმენტის მიზნებისთვის, ნორმალურია ვივარაუდოთ, რომ წყლის საერთო სიმკვრივეა 1000 კილოგრამი/მეტრი3რა თუ თქვენ არ იყენებთ ზღვის წყალს ან სრულიად განსხვავებულ სითხეს, წყლის უმეტეს ტიპს აქვს თითქმის იგივე სიმკვრივე, როგორც ეს საცნობარო მნიშვნელობა, ამიტომ მცირე სხვაობა არ შეცვლის ჩვენს შედეგებს.
- თუ თქვენ გაქვთ თვალის წვეთები, ეს შეიძლება იყოს ძალიან სასარგებლო პატარა კონტეინერში წყლის დონის ასამაღლებლად.
ნაბიჯი 3. ჩაყარეთ პატარა ობიექტი
შემდეგი, მოძებნეთ პატარა ობიექტი, რომელიც მოთავსდება პატარა კონტეინერში და არ დაზიანდება წყლით. იპოვნეთ ამ ობიექტის მასა კილოგრამებში (შეგიძლიათ გამოიყენოთ სასწორი ან ბალანსი, რომელსაც შეუძლია მიიღოს გრამი და გადააკეთოს ისინი კილოგრამებში). შემდეგ, თითების დასველების გარეშე, ნელა მაგრამ აუცილებლად, ჩაყარეთ ობიექტი წყალში, სანამ ის არ დაიწყებს ცურვას, ან შეგიძლიათ ოდნავ დაიჭიროთ და შემდეგ გაათავისუფლოთ. შეამჩნევთ, რომ პატარა კონტეინერში წყლის ნაწილი გარე კონტეინერში დაიღვრება.
ჩვენი მაგალითის მიზნებისათვის, დავუშვათ, რომ ჩვენ ჩავასხურეთ სათამაშო მანქანა 0,05 კილოგრამის მასით პატარა კონტეინერში. ჩვენ არ გვჭირდება ვიცოდეთ ამ მანქანის მოცულობა მისი გამტარუნარიანობის გამოსათვლელად, რადგან ამას ვნახავთ შემდეგ ეტაპზე
ნაბიჯი 4. შეაგროვეთ და დაითვალეთ დაღვრილი წყალი
როდესაც ობიექტს წყალში ჩაყრით, ის ცვლის წყლის ნაწილს - წინააღმდეგ შემთხვევაში არ იქნება ადგილი, რომ ობიექტი წყალში ჩადოთ. როდესაც ობიექტი უბიძგებს წყალს, წყალი უკან იბრუნებს, რაც ქმნის მცოცავ ძალას. აიღეთ დაღვრილი წყალი პატარა კონტეინერიდან და დაასხით პატარა საზომი ჭიქაში. წყლის მოცულობა საზომი ჭიქაში ტოლია ჩაძირული ობიექტის მოცულობის.
სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ თქვენი ობიექტი დაცურავს, წყლის მოცულობა, რომელიც გამოედინება, ტოლი იქნება იმ ობიექტის მოცულობისა, რომელიც წყლის ზედაპირზეა ჩაძირული. თუ თქვენი ობიექტი იძირება, წყლის მოცულობა, რომელიც გამოედინება, ტოლია ობიექტის მთლიანი მოცულობის
ნაბიჯი 5. გამოთვალეთ დაღვრილი წყლის მასა
ვინაიდან თქვენ იცით წყლის სიმკვრივე და შეგიძლიათ გაზომოთ წყლის მოცულობა, რომელიც დაედინება საზომი ჭიქაში, შეგიძლიათ იპოვოთ მისი მასა. უბრალოდ შეცვალეთ მოცულობა მეტრზე3 (ონლაინ გარდაქმნის საშუალებები, როგორც ეს, შეიძლება დაგეხმაროთ) და გამრავლდეს წყლის სიმკვრივეზე (1000 კილოგრამი/მეტრი3).
ჩვენს მაგალითში დავუშვათ, რომ ჩვენი სათამაშო მანქანა იძირება პატარა კონტეინერში და მოძრაობს დაახლოებით ორი სუფრის კოვზი (0.0003 მეტრი3). ჩვენი წყლის მასის საპოვნელად გავამრავლებთ მის სიმკვრივეზე: 1000 კილოგრამს/მეტრს3 × 0.0003 მეტრი3 = 0.03 კილოგრამი.
ნაბიჯი 6. შეადარეთ დაღვრილი წყლის მასა ობიექტის მასასთან
ახლა, როდესაც თქვენ იცით ობიექტის მასა, რომელსაც წყალში იძირებით და წყლის მასა, რომელიც დაიღვარა, შეადარეთ ისინი, რომ ნახოთ რომელი მასა უფრო დიდია. თუ პატარა კონტეინერში ჩაძირული ობიექტის მასა უფრო დიდია ვიდრე დაღვრილი წყალი, ობიექტი ჩაიძირება. მეორეს მხრივ, თუ დაღვრილი წყლის მასა უფრო დიდია, ობიექტი იძირება. ეს არის ცვალებადობის პრინციპი ექსპერიმენტში - იმისათვის, რომ ობიექტი აცურდეს, მან უნდა გადაადგილოს წყლის რაოდენობა მასით, რაც უფრო მეტია, ვიდრე თავად ობიექტის მასა.
- ამრიგად, დაბალი მასის, მაგრამ დიდი მოცულობის ობიექტები არის ობიექტების ის ტიპები, რომლებიც ყველაზე ადვილად მოძრაობენ. ეს თვისება ნიშნავს, რომ ღრუ ობიექტები ძალიან ადვილად მიცურავენ. წარმოიდგინეთ კანოე - კანოე კარგად მიცურავს, რადგან შიგნით არის ღრუ, ასე რომ მას შეუძლია ბევრი წყლის გადატანა დიდი მასის გარეშე. თუ კანოე არ არის ღრუ (მყარი), მაშინ კანოე სწორად არ ივლის.
- ჩვენს მაგალითში მანქანას აქვს უფრო დიდი მასა (0.05 კილოგრამი) ვიდრე დაღვრილი წყალი (0.03 კილოგრამი). ეს ეთანხმება იმას, რასაც ჩვენ ვაკვირდებით: მანქანები იძირება.
