Berechnung des Schubes: 12 Schritte (mit Bildern) - Tipps

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Schub ist die Kraft, die entgegen der Schwerkraftrichtung wirkt und alle in eine Flüssigkeit eingetauchten Objekte betrifft. Wenn ein Objekt in eine Flüssigkeit gegeben wird, drückt sein Gewicht die Flüssigkeit (Flüssigkeit oder Gas), während die Auftriebskraft das Objekt nach oben drückt und gegen die Schwerkraft wirkt. Im Allgemeinen kann diese Kraft unter Verwendung der Gleichung berechnet werden F._B. = V._s × D × g, wo F._B. ist die Auftriebskraft, V._s ist das eingetauchte Volumen, D ist die Dichte der Flüssigkeit, in die das Objekt eingetaucht ist, und g ist die Schwerkraft. Informationen zum Bestimmen des Schubes des Objekts finden Sie in Schritt 1.

Schritte

Methode 1 von 2: Verwendung der Auftriebskraftgleichung

Finden Sie die Lautstärke des untergetauchten Teils des Objekts. Die auf ein Objekt wirkende Auftriebskraft ist direkt proportional zum Volumen des eingetauchten Objekts. Mit anderen Worten, je fester das Objekt ist, desto größer ist die auf es einwirkende Auftriebskraft. Dies bedeutet, dass selbst Objekte, die in eine Flüssigkeit sinken, durch eine Kraft nach oben gedrückt werden. Um mit der Berechnung dieser Intensität zu beginnen, müssen Sie zunächst das Volumen des untergetauchten Objekts bestimmen. Für die Gleichung muss dieser Wert in Metern angegeben werden.
- Bei Objekten, die vollständig in die Flüssigkeit eingetaucht sind, entspricht das eingetauchte Volumen dem Objekt. Für diejenigen, die auf der Oberfläche der Flüssigkeit schwimmen, wird nur das Volumen unter der Oberfläche berücksichtigt.
- Nehmen wir als Beispiel an, wir möchten die Auftriebskraft finden, die auf einen im Wasser schwimmenden Gummiball wirkt. Wenn die Kugel eine perfekte Kugel mit einem Durchmesser von einem Meter ist und in zwei Hälften im Wasser schwimmt, können wir das Volumen des untergetauchten Teils ermitteln, indem wir das Gesamtvolumen der Kugel ermitteln und durch zwei teilen. Da das Volumen der Kugel durch (4/3) π (Radius) gegeben ist, ist bekannt, dass wir ein Ergebnis von (4/3) π (0,5) = 0,524 Meter haben werden. 0,524 / 2 = 0,262 Meter unter Wasser.
Finden Sie die Dichte Ihrer Flüssigkeit. Der nächste Schritt beim Ermitteln der Auftriebskraft besteht darin, die Dichte (in Kilogramm / Meter) zu definieren, in die das Objekt eingetaucht ist. Die Dichte ist ein Maß für ein Objekt oder das relative Volumengewicht der Substanz. Bei zwei Objekten mit gleichem Volumen wiegt das Objekt mit der höchsten Dichte am meisten. In der Regel ist die Auftriebskraft umso größer, je größer die Dichte des Fluids ist. Bei Flüssigkeiten ist es im Allgemeinen einfacher, die Dichte anhand von Referenzmaterialien zu bestimmen.
- In unserem Beispiel schwimmt der Ball im Wasser. Wenn wir eine akademische Kraft konsultieren, können wir feststellen, dass die Dichte des Wassers ungefähr ist 1000 Kilo / Meter.
- Die Dichten anderer gängiger Flüssigkeiten sind in technischen Quellen aufgeführt. Eine solche Liste finden Sie hier.
Finden Sie die Schwerkraft (oder eine andere nach unten gerichtete Kraft). Unabhängig davon, ob das Objekt schwimmt oder vollständig eingetaucht ist, ist es immer der Schwerkraft ausgesetzt. In der realen Welt ist diese konstante Kraft gleich 9,81 Newton / kg. In Situationen, in denen eine andere Kraft wie die Zentrifuge auf eine Flüssigkeit und das eingetauchte Objekt einwirkt, müssen sie jedoch auch berücksichtigt werden, um die gesamte Abwärtskraft zu bestimmen.
- In unserem Beispiel können wir, wenn es sich um ein gewöhnliches und stationäres System handelt, davon ausgehen, dass die einzige nach unten wirkende Kraft die oben erwähnte Schwerkraft ist.
- Was aber, wenn unser Ball in einem Wassereimer schwebte und sich mit großer Geschwindigkeit in einem horizontalen Kreis drehte? In diesem Fall würde sich die Abwärtskraft in dieser Situation aus der Zentrifugalkraft ergeben, die durch die Bewegung des Eimers erzeugt wird, und nicht aus der Schwerkraft der Erde, vorausgesetzt, der Eimer dreht sich schnell genug, um sicherzustellen, dass sowohl das Wasser als auch der Ball nicht fallen.
Multiplizieren Sie das Volumen × Dichte × Schwerkraft. Wenn Sie Werte für das Volumen Ihres Objekts (in Metern), die Dichte Ihrer Flüssigkeit (in Pfund / Meter) und die Schwerkraft (oder die Abwärtskraft Ihres Systems) haben, ist es einfach, die Auftriebskraft zu ermitteln. Multiplizieren Sie einfach diese drei Größen, um die Kraft in Newton zu ermitteln.
- Lösen wir unser Beispiel, indem wir unsere Werte in Gleichung F ersetzen_B. = V._s × D × g. F._B. = 0,262 Meter × 1000 Kilo / Meter × 9,81 Newton / Kilo = 2570 Newton.
Finden Sie heraus, ob Ihr Objekt schwimmt, indem Sie es mit der Schwerkraft vergleichen. Unter Verwendung der Auftriebskraftgleichung ist es leicht, die Kraft zu finden, die ein Objekt aus der Flüssigkeit drückt, in die es eingetaucht ist. Mit etwas mehr Arbeit können Sie jedoch auch bestimmen, ob das Objekt schwebt oder sinkt. Finden Sie einfach die Auftriebskraft für das Objekt (mit anderen Worten, verwenden Sie das gesamte Volumen als V._s), dann finden Sie die Schwerkraft mit der Gleichung G = (Masse des Objekts) (9,81 Meter / Sekunde). Wenn die Auftriebskraft größer als die der Schwerkraft ist, schwimmt das Objekt. Wenn die Schwerkraft jedoch größer ist, sinkt sie. Wenn sie gleich sind, wird das Objekt als "neutral" bezeichnet.
- Nehmen wir zum Beispiel an, wir möchten wissen, ob ein 20 Kilogramm schweres zylindrisches Holzfass mit einem Durchmesser von 0,75 Metern und einer Höhe von 1,25 Metern im Wasser schwimmt. Dies erfordert einige Schritte:
  - Wir können sein Volumen mit der Formel V = π (Radius) (Höhe) finden. V = π (0,375) (1,25) = 0,55 Meter.
  - Danach können wir unter Annahme der Standardwerte für Schwerkraft und Wasserdichte die Auftriebskraft im Lauf bestimmen. 0,55 Meter × 1000 Kilo / Meter × 9,81 Newton / Kilo = 5395,5 Newton.
  - Jetzt müssen wir die Schwerkraft im Lauf finden. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196,2 Newton. Es ist viel weniger als die Auftriebskraft, so dass der Lauf schwimmt.
Verwenden Sie die gleiche Technik, wenn Ihre Flüssigkeit ein Gas ist. Denken Sie bei der Lösung von Ripo-Problemen daran, dass die Flüssigkeit keine Flüssigkeit sein muss. Gase gelten auch als flüssig und können trotz geringerer Dichte im Vergleich zu anderen Arten von Materialien das Gewicht einiger Objekte tragen. Ein einfacher Heliumballon ist ein Beweis dafür. Da das Gas im Ballon weniger dicht ist als die umgebende Flüssigkeit, schwimmt es!

Methode 2 von 2: Durchführen eines einfachen Schubversuchs

Stellen Sie eine kleine Tasse oder Schüssel in einen größeren Behälter. Bei einigen Haushaltsgegenständen ist es leicht, die Prinzipien des Auftriebs in Aktion zu sehen! In diesem einfachen Experiment werden wir zeigen, dass ein eingetauchtes Objekt Auftrieb erfährt, da es ein Flüssigkeitsvolumen verdrängt, das dem Volumen des eingetauchten Objekts entspricht. Dabei zeigen wir auch, wie man die Auftriebskraft eines Experiments findet. Stellen Sie zu Beginn einen kleinen Behälter, z. B. eine Schüssel oder eine Tasse, in einen größeren Behälter, z. B. eine größere Schüssel oder einen Eimer.
Füllen Sie den Behälter von innen bis zum Rand. Füllen Sie dann den größeren Behälter mit Wasser. Sie möchten, dass der Wasserstand über dem Rand liegt, ohne umzukippen. Achtung! Wenn Sie Wasser verschütten, leeren Sie den größeren Behälter, bevor Sie es erneut versuchen.
- Für dieses Experiment kann davon ausgegangen werden, dass Wasser mit einer Wasserdichte einen Standardwert von 1000 kg / m hat. Sofern Sie kein Salzwasser oder eine andere Flüssigkeit verwenden, haben die meisten Wassertypen eine Dichte nahe der Referenz.
- Wenn Sie eine Pipette haben, kann es sehr nützlich sein, den Wasserstand im Innenbehälter zu überprüfen.
Tauchen Sie ein kleines Objekt ein. Suchen Sie nun einen kleinen Gegenstand, der in den Innenbehälter passt und nicht durch Wasser beschädigt wird. Finden Sie die Masse dieses Objekts in Kilogramm (verwenden Sie dazu eine Skala). Tauchen Sie das Objekt dann in Wasser, ohne dass Ihre Finger nass werden, bis es zu schweben beginnt oder Sie es nicht mehr halten können. Sie sollten feststellen, dass Wasser aus dem inneren Behälter in den äußeren Behälter gelangt.
- Nehmen wir für unser Beispiel an, wir stellen einen Spielzeugwagen mit einer Masse von 0,05 kg in den Innenbehälter. Wir müssen das Volumen des Autos nicht kennen, um den Schub zu berechnen, wie wir als nächstes sehen werden.
Sammeln und messen Sie das verschüttete Wasser. Wenn Sie ein Objekt in Wasser tauchen, tritt eine Wasserverschiebung auf. Andernfalls wäre für ihn kein Platz mehr, um ins Wasser zu gelangen. Wenn er die Flüssigkeit drückt, drückt das Wasser zurück und verursacht den Schub. Nehmen Sie das verschüttete Wasser und geben Sie es in einen Messbecher. Das Wasservolumen muss dem eingetauchten Volumen entsprechen.
- Mit anderen Worten, wenn Ihr Objekt schwimmt, entspricht das von Ihnen verschüttete Wasservolumen dem Volumen des im Wasser eingetauchten Objekts. Wenn Ihr Objekt sinkt, entspricht das verschüttete Wasservolumen dem Volumen des gesamten Objekts.
Berechnen Sie das Gewicht des verschütteten Wassers. Da Sie die Dichte des Wassers kennen und das verschüttete Volumen messen können, können Sie die Masse finden. Konvertieren Sie einfach das Volumen in Meter (ein Online-Konvertierungswerkzeug wie dieses kann nützlich sein) und multiplizieren Sie es mit der Dichte des Wassers (1000 Kilo / Meter).
- Nehmen wir in unserem Beispiel an, unser Wagen ist gesunken und hat sich um zwei Esslöffel (0,00003 Meter) bewegt.Um die Masse des Wassers zu ermitteln, multiplizieren wir es mit seiner Dichte: 1000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 kg.
Vergleichen Sie das verschobene Volumen mit der Masse des Objekts. Nachdem Sie nun die untergetauchte Masse und die verdrängte Masse kennen, vergleichen Sie sie, um festzustellen, welche größer ist. Wenn die Masse des eingetauchten Objekts im Innenbehälter größer ist als die verdrängte Wassermasse, muss es gesunken sein. Ist die verdrängte Wassermasse jedoch größer als, muss das Objekt geschwommen sein. Dies ist das Prinzip des Auftriebs; Damit ein Objekt schweben kann, muss es eine Wassermasse verdrängen, die größer ist als die des Objekts.
- Objekte mit geringerer Masse, aber größerem Volumen sind jedoch die Objekte, die am meisten schweben. Diese Eigenschaft bedeutet, dass hohle Objekte schweben. Denken Sie an ein Kanu; es schwimmt, weil es hohl ist, so dass es viel Wasser bewegen kann, ohne eine große Masse haben zu müssen. Wenn Kanus solide wären, würden sie nicht gut schwimmen.
- In unserem Beispiel hat das Auto eine Masse von 0,05 kg, größer als das verdrängte Wasser, 0,03 kg. Dies bestätigt unser Ergebnis: Das Auto sinkt.