תוֹכֶן

• צעדים
• טיפים
• חומרים הכרחיים

דחף הוא הכוח הפועל בכיוון ההפוך לכיוון הכובד שמשפיע על כל העצמים שקועים בנוזל. כשמכניסים חפץ לנוזל, משקלו דוחף את הנוזל (נוזל או גז), ואילו הכוח הצוף דוחף את העצם כלפי מעלה, פועל כנגד כוח הכבידה. באופן כללי, ניתן לחשב כוח זה באמצעות המשוואה ו_ב = V_s × D × גרם, שם F_ב הוא הכוח הצוף, וי_s הוא הנפח שקוע, D הוא צפיפות הנוזל בו האובייקט שקוע ו- g הוא כוח הכובד. כדי ללמוד כיצד לקבוע את דחף האובייקט, ראה שלב 1 כדי להתחיל.

צעדים

שיטה 1 מתוך 2: שימוש במשוואת כוח הציפה

1. 

   מצא את עוצמת הקול של החלק שקוע באובייקט. הכוח הצוף הפועל על עצם הוא ביחס ישר לנפח העצם שקוע. במילים אחרות, ככל שהאובייקט מוצק יותר, הכוח הצוף שפועל עליו גדול יותר. המשמעות היא שאפילו לחפצים ששוקעים בנוזל יש כוח הדוחף אותם כלפי מעלה. כדי להתחיל לחשב עוצמה זו, השלב הראשון הוא לקבוע את נפח האובייקט שקוע. עבור המשוואה, ערך זה חייב להיות במטרים.
   • עבור עצמים שקועים לחלוטין בנוזל, הנפח השקוע זהה לאובייקט. למי שצף על פני הנוזל, נחשב רק הנפח שמתחת לפני השטח.
   • כדוגמא, נניח שאנחנו רוצים למצוא את הכוח הצוף שפועל על כדור גומי שצף במים. אם הכדור הוא כדור מושלם, בקוטר של מטר, וצף לשניים במים, נוכל למצוא את נפח החלק השקוע על ידי מציאת הנפח הכולל של הכדור וחלוקה על ידי שניים. מכיוון שנפח הכדור ניתן על ידי (4/3) π (רדיוס), ידוע שתהיה לנו תוצאה של (4/3) π (0.5) = 0.524 מטר. 0.524 / 2 = 0.262 מטר שקועים.

2. 

   
   
   מצא את צפיפות הנוזל שלך. השלב הבא בתהליך מציאת הכוח הצוף הוא להגדיר את הצפיפות (בקילוגרם / מטר) שאליו מושקע האובייקט. צפיפות היא מדד לאובייקט או למשקל היחסי של החומר לפי נפח. בהינתן שני עצמים בעלי נפח שווה, זה עם הצפיפות הגבוהה ביותר שוקל ביותר. ככלל, ככל שצפיפות הנוזל גדולה יותר, כך כוחו הצוף שהוא מפעיל גדול יותר. עם נוזלים, בדרך כלל קל יותר לקבוע את הצפיפות על ידי התבוננות בחומרי עזר.
   • בדוגמה שלנו, הכדור צף במים. בהתייעצות עם כוח אקדמי, אנו יכולים לגלות כי צפיפות המים היא בערך 1000 קילו / מטר.
   • הצפיפות של נוזלים נפוצים אחרים מופיעים במקורות הנדסיים. רשימה כזו ניתן למצוא כאן.

3. 

   
   
   מצא את כוח הכובד (או כוח אחר כלפי מטה). בין אם החפץ צף או שקוע לחלוטין, הוא תמיד נתון לכוח הכובד. בעולם האמיתי, כוח קבוע זה שווה 9.81 ניוטון / ק"ג. עם זאת, במצבים בהם כוח אחר, כמו הצנטריפוגה, פועל על נוזל ועל העצם השקוע, יש לקחת בחשבון גם אותם כדי לקבוע את הכוח הכולל כלפי מטה.
   • בדוגמה שלנו, אם עסקינן במערכת רגילה ונייחת, אנו יכולים להניח שהכוח היחיד הפועל כלפי מטה הוא כוח הכובד שהוזכר לעיל.
   • עם זאת, מה אם הכדור שלנו היה צף בדלי מים, מסתובב במהירות רבה במעגל אופקי? במקרה זה, בהנחה שהדלי מסתובב די מהר בכדי להבטיח שהמים וגם הכדור לא ייפלו, הכוח כלפי מטה במצב זה היה נובע מהכוח הצנטריפוגלי שנוצר על ידי תנועת הדלי, ולא מכוח הכבידה של כדור הארץ.

4. 

   
   
   הכפל את נפח × צפיפות × כוח משיכה. כשיש לך ערכים לנפח העצם שלך (במטר), צפיפות הנוזל שלך (בקילוגרם / מטר) וכוח הכובד (או כוח המורד של המערכת שלך), קל למצוא את הכוח הצוף. כל שעליך לעשות הוא להכפיל את שלושת הכמויות האלה כדי למצוא את הכוח בניוטונים.
   • בואו ונפתור את הדוגמא שלנו על ידי החלפת הערכים שלנו במשוואה F_ב = V_s × D × גרם. ו_ב = 0.262 מטר × 1000 קילו / מטר × 9.81 ניוטון / קילו = 2570 ניוטון.

5. 

   גלה אם האובייקט שלך צף על ידי השוואתו עם כוח הכובד. בעזרת משוואת כוח הציפה קל למצוא את הכוח הדוחף חפץ מהנוזל בו הוא שקוע. עם זאת, עם קצת יותר עבודה, אתה יכול גם לקבוע אם האובייקט יצוף או ישקע. כל שעליך לעשות הוא למצוא את הכוח הצוף לאובייקט (במילים אחרות, השתמש בכל נפחו כ- V_s) ואז מצא את כוח הכובד עם המשוואה G = (מסת האובייקט) (9.81 מטר / שנייה). אם הכוח הצוף גדול יותר מכוח הכובד, האובייקט יצוף. אבל אם כוח הכובד גדול יותר, הוא ישקע. אם הם זהים, אומרים שהאובייקט הוא "ניטרלי".
   • לדוגמא, נניח שאנחנו רוצים לדעת אם חבית עץ גלילית של 20 קילוגרם בקוטר 0.75 מטר וגובהה 1.25 מטר, תצוף במים. זה דורש מספר צעדים:
     • אנו יכולים למצוא את נפחו עם הנוסחה V = π (רדיוס) (גובה). V = π (0.375) (1.25) = 0.55 מטר.
     • לאחר מכן, בהנחה שערכי ברירת המחדל עבור כוח המשיכה וצפיפות המים, אנו יכולים לקבוע את הכוח הצוף בחבית. 0.55 מטר × 1000 קילו / מטר × 9.81 ניוטון / קילו = 5395.5 ניוטון.
     • כעת עלינו למצוא את כוח הכבידה בחבית. G = (20 ק"ג) (9.81 מטר / שנייה) = 196.2 ניוטון. זה הרבה פחות מהכוח הצוף, ולכן הקנה יצוף.

6. 

   השתמש באותה טכניקה כאשר הנוזל שלך הוא גז. כאשר אתה פותר בעיות ריפו, זכור כי הנוזל אינו חייב להיות נוזל. גזים נחשבים גם לנוזלים ולמרות שיש להם צפיפות נמוכה יותר בהשוואה לסוגים אחרים של חומרים, הם עדיין יכולים לתמוך במשקל של כמה עצמים. בלון הליום פשוט הוא ההוכחה לכך. מכיוון שהגז בבלון פחות צפוף מהנוזל שמסביב, הוא צף!

שיטה 2 מתוך 2: ביצוע ניסוי דחף פשוט

1. 

   הניחו כוס או קערה קטנה בכלי גדול יותר. עם כמה פריטי בית, קל לראות את עקרונות הציפה בפעולה! בניסוי פשוט זה, נדגים כי אובייקט שקוע חווה ציפה, מכיוון שהוא מעקר נפח נוזלים השווה לנפח העצם השקוע. תוך כדי כך אנו מדגימים כיצד למצוא את הכוח הצוף של ניסוי. כדי להתחיל, הכנס מיכל קטן, כמו קערה או כוס, למיכל גדול יותר, כמו קערה או דלי גדול יותר.

2. 

   מלא את המיכל מבפנים לקצה. לאחר מכן, מלאו את המיכל הגדול יותר במים. אתה רוצה שמפלס המים יהיה מעבר לקצה, בלי להתהפך. הזהר! אם אתה שופך מים, רוקן את המיכל הגדול יותר לפני שתנסה שוב.
   • לצורך ניסוי זה, ניתן להניח כי יש לצפיפות מים ערך רגיל של 1000 קילו / מטר. אלא אם כן אתה משתמש במי מלח או בנוזל אחר, לרוב סוגי המים יש צפיפות קרוב להתייחסות.
   • אם יש לך טפטפת, זה יכול להיות שימושי מאוד לבדוק את מפלס המים במיכל הפנימי.

3. 

   השקע חפץ קטן. כעת, מצא חפץ קטן שמתאים למכל הפנימי ולא ייפגע על ידי מים. מצא את המסה של אובייקט זה בקילוגרמים (השתמש בסולם לשם כך). ואז, בלי להרטב את האצבעות, טבול את החפץ במים עד שהוא מתחיל לצוף או שאתה כבר לא יכול להחזיק אותו. יש לשים לב למים מהמיכל הפנימי שנשפך למיכל החיצוני.
   • לעניין הדוגמא שלנו, נניח שאנחנו מניחים עגלת צעצוע עם מסה של 0.05 ק"ג בתוך המיכל הפנימי. איננו צריכים לדעת את נפח המכונית כדי לחשב דחף, כפי שנראה בהמשך.

4. 

   אספו ומדדו את המים ששפכתם. כשאתם שקועים חפץ במים, מתרחשת תזוזה של מים; אם זה לא היה, לא יהיה לו מקום להיכנס למים. כשהוא דוחף את הנוזל המים דוחפים לאחור וגורמים לדחף. קח את המים ששפכת והכניסי לכוס מדידה. נפח המים חייב להיות שווה לזה של הנפח השקוע.
   • במילים אחרות, אם האובייקט שלך צף, נפח המים שתשפוך יהיה שווה לנפח האובייקט השקוע במים. אם החפץ שלך שוקע, נפח המים שהוא שופך שווה לנפח האובייקט כולו.

5. 

   חשב את משקל המים שנשפכו. מכיוון שאתה יודע את צפיפות המים ויכול למדוד את הנפח שנשפך, אתה יכול למצוא את המסה. כל שעליך לעשות הוא להמיר את עוצמת הקול למטר (כלי המרה מקוון, כמו זה כאן, יכול להיות שימושי) והכפיל את צפיפות המים (1000 קילו / מטר).
   • בדוגמא שלנו, נניח שהעגלה שלנו שקעה ונעה כשתי כפות (0.00003 מטר).כדי למצוא את מסת המים, אנו מכפילים אותו בצפיפותם: 1000 קילו / מטר × 0.00003 מטר = 0,03 קילו.

6. 

   השווה את הנפח העקור למסת האובייקט. עכשיו כשאתה מכיר את המסה השקועה והמסה העקירה, השווה ביניהם כדי לראות איזו גדולה יותר. אם מסת האובייקט השקוע במיכל הפנימי גדולה ממסת המים העקירה, הוא בטח שקע. אבל אם מסת המים העקורה גדולה יותר, כנראה שהאובייקט צף. זה העיקרון של הציפה; על מנת שאובייקט יצוף, עליו לעקוף מסה של מים גדולה מזו של החפץ.
   • ובכל זאת, עצמים עם מסות נמוכות יותר אך נפחים גדולים יותר הם האובייקטים שצפים ביותר. פירושו של מאפיין זה שחפצים חלולים צפים. חשוב על קאנו; הוא צף כי הוא חלול, כך שהוא יכול להזיז הרבה מים, מבלי שיהיה לו מסה גדולה. אם קאנו היו סולידיים, הם לא היו צפים טוב.
   • בדוגמא שלנו המכונית היא בעלת מסה של 0.05 ק"ג, גדולה יותר מהמים העקורים, 0.03 ק"ג. זה מאשר את התוצאה שלנו: המכונית שוקעת.

טיפים

• השתמש בסולם שניתן לאפס לאחר כל קריאה כדי לעזור להשיג מדידות מדויקות.

חומרים הכרחיים

• כוס קטנה או קערה
• קערה או דלי גדול
• חפץ קטן לצלול (כמו כדור גומי)
• כוס מדידה