เนื้อหา

• ขั้นตอน
• คำแนะนำ
• สิ่งที่คุณต้องการ

แรงลอยตัวคือแรงที่กระทำต่อวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงโน้มถ่วง เมื่อวัตถุถูกวางไว้ในของไหลน้ำหนักของวัตถุจะดันของเหลว (ของเหลวหรือก๊าซ) ลงในขณะที่แรงลอยตัวจะดันวัตถุขึ้นไปในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงโน้มถ่วง โดยทั่วไปการลอยตัวนี้สามารถคำนวณได้โดยใช้สมการ ฉ_ข = V_ส ×ล×กซึ่ง F_ข คือการลอยตัว V_ส คือปริมาตรของส่วนที่จมอยู่ใต้น้ำ D คือความหนาแน่นของของเหลวรอบ ๆ วัตถุและ g คือแรงโน้มถ่วง หากต้องการเรียนรู้วิธีพิจารณาการลอยตัวของวัตถุให้เริ่มจากขั้นตอนที่ 1 ด้านล่าง

ขั้นตอน

วิธีที่ 1 จาก 2: ใช้สมการแรงลอยตัว

1. 

   ค้นหาระดับเสียง ส่วนที่จมอยู่ใต้น้ำของวัตถุ แรงลอยตัวที่กระทำต่อวัตถุมีความสัมพันธ์โดยตรงกับส่วนปริมาตรที่จมอยู่ใต้น้ำของวัตถุ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือยิ่งส่วนอ่างล้างจานของตัวถังแข็งมีขนาดใหญ่ขึ้นเท่าใดการลอยตัวก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น นั่นคือแม้ว่าวัตถุจะจมอยู่ในของเหลวอย่างสมบูรณ์ แต่ก็ยังคงมีแรงลอยตัวอยู่ ในการเริ่มคำนวณแรงลอยตัวที่กระทำต่อวัตถุขั้นตอนแรกคือการกำหนดปริมาตรของปริมาตรที่แช่ในของเหลว ในสมการของแรงลอยตัวค่านี้ต้องเขียนเป็น m
   • สำหรับวัตถุที่จมอยู่ในของเหลวโดยสมบูรณ์ปริมาตรที่จมอยู่ใต้น้ำจะเท่ากับปริมาตรของวัตถุนั้นเอง สำหรับส่วนเหนือผิวของของเหลวเราจะพิจารณาเฉพาะส่วนของปริมาตรที่อยู่ใต้พื้นผิวของของเหลวเท่านั้น
   • ตัวอย่างเช่นสมมติว่าเราต้องการหาแรงลอยตัวที่ทำกับลูกบอลยางที่ลอยอยู่ในน้ำ ถ้าลูกบอลเป็นทรงกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 ม. และลอยโดยจมอยู่ใต้น้ำครึ่งหนึ่งพอดีเราจะหาปริมาตรของส่วนที่จมอยู่ใต้น้ำได้โดยการคำนวณปริมาตรของลูกบอลทั้งหมดแล้วหารครึ่ง เนื่องจากปริมาตรของทรงกลมคือ (4/3) π (รัศมี) เราจึงมีปริมาตรของลูกบอลเป็น (4/3) π (0.5) = 0.524 ม. 0.524 / 2 = จม 0.262 ม.

2. 

   
   
   หาความหนาแน่นของของเหลว ขั้นตอนต่อไปในการหาแรงลอยตัวคือการกำหนดความหนาแน่น (เป็นกก. / ม.) ของของเหลวโดยรอบ ความหนาแน่นคือปริมาณที่วัดโดยอัตราส่วนของมวลของสสารหรือสสารต่อปริมาตรที่สอดคล้องกัน สำหรับวัตถุสองชิ้นที่มีปริมาตรเท่ากันวัตถุที่มีความหนาแน่นสูงจะหนักกว่า กฎทั่วไปคือยิ่งความหนาแน่นของของเหลวสูงเท่าใดแรงลอยตัวก็จะยิ่งมากขึ้นต่อร่างกายที่จมอยู่ในนั้น สำหรับของเหลวโดยปกติวิธีที่ง่ายที่สุดในการระบุความหนาแน่นคือการอ้างอิง
   • ในตัวอย่างด้านบนลูกบอลลอยอยู่ในน้ำ เอกสารอ้างอิงในการศึกษาบอกเราว่าน้ำมีความหนาแน่นเฉพาะ 1,000 กก. / ม.
   • ความหนาแน่นของของเหลวทั่วไปจำนวนมากระบุไว้ในเอกสารทางเทคนิค คุณสามารถค้นหารายการนี้ได้ที่นี่

3. 

   
   
   ค้นหาแรงโน้มถ่วง (หรือแรงอื่นในทิศทางลง) ไม่ว่าวัตถุจะจมหรือลอยอยู่ในของไหลมันก็อยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วงเสมอ ในความเป็นจริงค่าคงที่ของแรงลงนี้มีค่าประมาณ 9.81 นิวตัน / กิโลกรัม. อย่างไรก็ตามในกรณีที่มีแรงอื่นกระทำกับของเหลวและร่างกายจมอยู่ในนั้นเช่นแรงรัศมีเราต้องคำนึงถึงแรงนี้ด้วยเมื่อคำนวณแรง "ลง" ทั้งหมดสำหรับทั้งระบบ
   • ในตัวอย่างข้างต้นหากเรามีระบบคงที่ปกติก็สามารถสันนิษฐานได้ว่าแรงลงเพียงอย่างเดียวที่กระทำต่อของเหลวและร่างกายคือแรงโน้มถ่วงมาตรฐาน - 9.81 นิวตัน / กิโลกรัม.

4. 

   
   
   คูณปริมาตรด้วยความหนาแน่นและแรงโน้มถ่วง เมื่อคุณมีค่าสำหรับปริมาตรวัตถุ (หน่วยเป็น m) ความหนาแน่นของของเหลว (เป็นกก. / ม.) และแรงโน้มถ่วง (หรือแรงลงของระบบนิวตัน / กิโลกรัม) การค้นหาแรงลอยตัวจะกลายเป็นเรื่องง่าย . เพียงสามเท่าเพื่อหาแรงลอยตัวในนิวตัน
   • แก้ปัญหาตัวอย่างโดยการใส่ค่าลงในสมการ F_ข = V_ส ×ล×ก. ฉ_ข = 0.262 ม. × 1,000 กก. / ม. × 9.81 N / กก. = 2,570 นิวตัน. หน่วยอื่น ๆ จะทำลายล้างซึ่งกันและกันเหลือเพียงหน่วยนิวตัน

5. 

   ตรวจสอบว่าวัตถุลอยอยู่หรือไม่โดยเปรียบเทียบกับแรงโน้มถ่วง เมื่อใช้สมการสำหรับการลอยตัวคุณจะพบแรงที่ผลักวัตถุออกจากของเหลวได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตามคุณสามารถตรวจสอบได้ว่าวัสดุนั้นลอยหรือจมอยู่ในของเหลวหรือไม่หากคุณทำตามขั้นตอนเพิ่มเติม จงหาแรงลอยตัวที่กระทำต่อร่างกายทั้งหมด (นั่นคือใช้ปริมาตรทั้งหมดของร่างกาย V_ส) จากนั้นหาแรงโน้มถ่วงที่ดึงดูดวัตถุด้วยสมการ G = (มวลของวัตถุ) (9.81 m / s) ถ้าแรงลอยมากกว่าแรงโน้มถ่วงวัตถุจะลอย ในทางกลับกันถ้าแรงโน้มถ่วงมากกว่าวัตถุก็จะจมลง ถ้าพลังทั้งสองนี้เท่ากันเราก็พูดตามนั้น ถูกระงับ.
   • วัตถุแขวนลอยจะไม่ลอยอยู่เหนือน้ำหรือจมลงสู่ก้นขณะอยู่ในน้ำ มันจะแขวนลอยอยู่ในของเหลวระหว่างพื้นผิวและด้านล่าง
   • ตัวอย่างเช่นสมมติว่าเราต้องการทราบว่าลังไม้ทรงกระบอกขนาด 20 กก. ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.75 เมตรและสูง 1.25 เมตรสามารถลอยน้ำได้หรือไม่ เราต้องดำเนินการหลายขั้นตอนสำหรับปัญหานี้:
     • ประการแรกคือการหาปริมาตรโดยใช้สูตรปริมาตรกระบอกสูบ V = π (รัศมี) (ความสูง) V = π (0.375) (1.25) = 0.55 ม.
     • ต่อไปสมมติว่าเราทราบแรงโน้มถ่วงมาตรฐานและความหนาแน่นของน้ำเราจะแก้ปัญหาสำหรับแรงลอยตัวที่กระทำต่อถัง 0.55 ม. × 1,000 กก. / ม. × 9.81 N / กก. = 5,395.5 นิวตัน.
     • ตอนนี้เราต้องหาแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อลังไม้ G = (20 กก.) (9.81 ม. / วินาที) = 196.2 นิวตัน. ผลลัพธ์นี้มีขนาดเล็กกว่าแรงลอยตัวมากดังนั้นถังจะลอย

6. 

   ใช้การคำนวณเดียวกันเมื่อของเหลวเป็นก๊าซ เมื่อแก้ปัญหาเกี่ยวกับการลอยตัวอย่าลืมว่าของไหลไม่จำเป็นต้องเป็นของเหลว ก๊าซเป็นที่รู้จักกันในชื่อของเหลวแม้ว่าจะมีความหนาแน่นน้อยมากเมื่อเทียบกับสสารประเภทอื่น ๆ และก๊าซยังสามารถขับไล่วัตถุที่ลอยอยู่ในนั้นได้ ฟองก๊าซฮีเลียมเป็นหลักฐานยืนยัน เนื่องจากฮีเลียมในฟองมีน้ำหนักเบากว่าของเหลวที่อยู่รอบ ๆ (อากาศ) ฟองจึงบินหนีไป! โฆษณา

วิธีที่ 2 จาก 2: ทำการทดลองง่ายๆเกี่ยวกับแรงลอยตัว

1. 

   ใส่ชามขนาดเล็กลงในชามที่ใหญ่กว่า ด้วยวัตถุเพียงไม่กี่ชิ้นในบ้านคุณจะเห็นผลของการลอยตัวในทางปฏิบัติได้อย่างง่ายดาย ในการทดลองนี้เราแสดงให้เห็นว่าเมื่อวัตถุจมอยู่ใต้น้ำมันจะได้รับผลกระทบจากการลอยตัวเนื่องจากมันเข้ามาแทนที่ปริมาณของของเหลวที่เท่ากับปริมาตรของวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำ ในกระบวนการทำการทดลองเรายังแสดงวิธีหาแรงลอยตัวของวัตถุในทางปฏิบัติ ก่อนอื่นให้วางภาชนะขนาดเล็กที่ไม่มีฝาปิดเช่นชามหรือถ้วยในภาชนะขนาดใหญ่เช่นชามขนาดใหญ่หรือถังน้ำ

2. 

   เติมน้ำในภาชนะขนาดเล็กถึงขอบจรดขอบ คุณต้องเทน้ำให้ชิดขอบโดยไม่ให้หก ระวังในขั้นตอนนี้! หากคุณปล่อยให้น้ำล้นคุณต้องล้างภาชนะขนาดใหญ่ให้หมดและเริ่มต้นใหม่
   • สำหรับการทดลองนี้เราถือว่าน้ำมีความหนาแน่น 1,000 กก. / ม. เว้นแต่คุณจะใช้น้ำเกลือหรือของเหลวที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงน้ำส่วนใหญ่มีความหนาแน่นใกล้เคียงกับค่าอ้างอิงนี้ดังนั้นผลลัพธ์จะไม่ได้รับผลกระทบ
   • หากคุณมีหลอดหยดคุณสามารถใช้เพื่อหยดน้ำลงในภาชนะด้านในเพื่อให้ระดับน้ำอยู่ที่ขอบ

3. 

   แช่วัตถุขนาดเล็ก จากนั้นมองหาวัตถุที่สามารถใส่ลงในภาชนะขนาดเล็กได้อย่างสบายและไม่โดนน้ำ หาน้ำหนักเป็นกิโลกรัมของวัตถุนี้ (คุณควรใช้มาตราส่วนสำหรับการอ่านเป็นกรัมแล้วแปลงเป็นกิโลกรัม) จากนั้นค่อย ๆ กดวัตถุลงในน้ำโดยไม่ให้นิ้วของคุณเปียกจนกว่ามันจะเริ่มลอยหรือคุณแทบจะจับมันไม่ได้แล้วจึงปล่อยวัตถุนั้น คุณควรเห็นน้ำบางส่วนหกจากขอบของภาชนะด้านในเข้าไปในภาชนะด้านนอก
   • สำหรับตัวอย่างนี้สมมติว่าเรากำลังกดรถของเล่นน้ำหนัก 0.05 กก. ลงในภาชนะด้านใน เราไม่จำเป็นต้องทราบปริมาตรของรถเพื่อคำนวณการลอยตัวดังที่เราจะทราบในขั้นตอนต่อไป

4. 

   รวบรวมและวัดปริมาณน้ำล้น เมื่อคุณกดวัตถุลงในน้ำจะมีน้ำเข้ามาแทนที่มิฉะนั้นจะไม่มีพื้นที่ให้คุณจุ่มลงในน้ำ เมื่อมันดันน้ำออกจากทางเดินมันจะขับไล่และสร้างแรงลอยตัว รวบรวมน้ำที่หกออกจากภาชนะด้านในแล้วเทลงในถ้วยตวงขนาดเล็ก ปริมาตรน้ำในถ้วยควรเท่ากับปริมาตรของวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำ
   • กล่าวอีกนัยหนึ่งคือถ้าวัตถุนั้นลอยได้ปริมาตรของน้ำที่ล้นจะเท่ากับปริมาตรของวัตถุที่จมอยู่ใต้ผิวน้ำ หากวัตถุจมปริมาตรของน้ำล้นจะเท่ากับปริมาตรของวัตถุทั้งหมด

5. 

   คำนวณปริมาณน้ำที่รั่วไหล เนื่องจากคุณทราบความหนาแน่นของน้ำและสามารถวัดปริมาตรน้ำที่ล้นในถ้วยตวงได้คุณจะคำนวณปริมาตรน้ำ แปลงปริมาตรเป็น m (ตัวแปลงหน่วยออนไลน์แบบนี้ช่วยได้ที่นี่) แล้วคูณด้วยความหนาแน่นของน้ำ (1,000 กก. / ม.)
   • ในตัวอย่างข้างต้นสมมติว่ารถของเล่นจมอยู่ในภาชนะด้านในและใช้น้ำประมาณ 2 ช้อนโต๊ะ (0.00003 ม.) ในการหามวลของน้ำให้คูณด้วยความหนาแน่น: 1,000 กก. / ม. × 0.00003 ม. = 0.03 กก.

6. 

   เปรียบเทียบปริมาตรของน้ำที่เคลื่อนย้ายและมวลของวัตถุ ตอนนี้คุณรู้มวลของทั้งน้ำที่จมอยู่ใต้น้ำและน้ำที่ถูกแทนที่แล้วให้เปรียบเทียบค่าทั้งสองนี้ ถ้ามวลของวัตถุมากกว่าปริมาตรของน้ำที่เคลื่อนย้ายวัตถุจะจมลง ในทางกลับกันถ้าปริมาตรของน้ำที่ถูกแทนที่มีมากกว่าวัตถุนั้นก็จะลอย นี่คือหลักการของการลอยตัวในทางปฏิบัติ - สำหรับร่างกายที่ลอยน้ำจะต้องเคลื่อนย้ายมวลน้ำที่มากกว่ามวลของร่างกาย
   • ดังนั้นวัตถุที่มีน้ำหนักเบา แต่มีปริมาณมากจึงเป็นวัตถุลอยน้ำที่ดีที่สุด คุณสมบัตินี้บ่งชี้ว่าวัตถุกลวงสามารถลอยได้เป็นอย่างดี มาดูที่เรือแคนูกัน - มันลอยได้ดีเพราะข้างในกลวงจึงกินน้ำได้มาก แต่มวลไม่หนักเกินไป หากเรือแคนูมีความหนาอยู่ข้างในมันจะไม่สามารถลอยได้ดี
   • ในตัวอย่างข้างต้นรถที่มีมวล 0.05 กก. มากกว่าปริมาตรน้ำที่แทนที่ 0.03 กก. สิ่งนี้สอดคล้องกับสิ่งที่เราสังเกต: รถจมลง
   โฆษณา

คำแนะนำ

• ใช้เครื่องชั่งแบบปรับศูนย์ได้หลังจากการชั่งน้ำหนักแต่ละครั้งเพื่อให้ได้ค่าที่ถูกต้อง

สิ่งที่คุณต้องการ

• ถ้วยหรือชามขนาดเล็ก
• ชามหรือถังขนาดใหญ่
• วัตถุขนาดเล็กที่สามารถแช่ในน้ำได้ (เช่นลูกบอลยาง)
• ถ้วยตวง