Comment calculer la force flottante: 12 étapes (avec photo) - Conseils

Vidéo: FFXIV Endwalker COMPLETE Controller Guide

Contenu

Pas
Conseil
De quoi as-tu besoin

La force flottante est la force agissant sur un objet immergé dans un fluide dans la direction opposée à la gravité. Lorsqu'un objet est placé dans un fluide, le poids de l'objet pousse vers le bas le fluide (liquide ou gaz) tandis que la flottabilité pousse l'objet vers le haut, dans le sens opposé de la gravité. En général, cette flottabilité peut être calculée à l'aide d'équations F_b = V_S × D × g, dans lequel F_b est la flottabilité, V_S est le volume de la partie immergée, D est la densité du fluide entourant l'objet et g est la gravité. Pour savoir comment déterminer la flottabilité d'un objet, commencez par l'étape 1 ci-dessous.

Pas

Méthode 1 sur 2: Utilisez l'équation de la force flottante

Trouvez le volume la partie immergée de l'objet. La flottabilité agissant sur l'objet est directement corrélée à la partie de volume immergé de l'objet. En d'autres termes, plus l'évier d'un corps solide est grand, plus la flottabilité agit sur lui. Autrement dit, même si l'objet est complètement immergé dans le liquide, il y a toujours une flottabilité agissant sur lui. Pour commencer à calculer la force de flottabilité agissant sur un objet, la première étape consiste généralement à déterminer le volume de volume qui est trempé dans le fluide. Dans l'équation de la force flottante, cette valeur doit être écrite en m.
- Pour un objet complètement immergé dans le fluide, le volume à couler sera égal au volume de l'objet lui-même. Pour le surnageant du fluide, nous ne considérons que la fraction volumique sous la surface du fluide.
- Par exemple, disons que nous voulons trouver la flottabilité agissant sur une bille en caoutchouc flottant dans l'eau. Si la boule est une sphère parfaite de 1 m de diamètre et qu'elle flotte avec exactement la moitié immergée, nous pouvons trouver le volume de la partie immergée en calculant le volume de la boule entière et en la divisant en deux. Puisque le volume de la sphère est (4/3) π (rayon), nous avons le volume de la boule à (4/3) π (0,5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = 0,262 m a été coulé.
Trouvez la densité du fluide. La prochaine étape pour trouver la force flottante est de déterminer la densité (en kg / m) du liquide environnant. La densité est une quantité mesurée par le rapport de la masse d'une matière ou d'une matière à son volume correspondant. Avec deux objets de volume égal, l'objet avec une densité plus élevée sera plus lourd. La règle générale est que plus la densité d'un fluide est élevée, plus la flottabilité s'exercera sur le corps qui s'y enfonce. Avec les fluides, le moyen le plus simple de déterminer la densité consiste généralement à utiliser des références.
- Dans l'exemple ci-dessus, la balle flotte dans l'eau. La référence à la littérature d'étude nous dit quelle est la densité de l'eau 1 000 kg / m.
- La densité de nombreux fluides courants est donnée dans la littérature technique. Vous pouvez trouver cette liste ici.
Trouvez la gravité (ou une autre force vers le bas). Qu'un objet coule ou flotte dans un fluide, c'est toujours sous la force de la gravité. En fait, cette constante de force descendante est d'environ 9,81 Newtons / kilogramme. Cependant, dans les cas où il existe une autre force agissant sur le fluide et le corps s'enfonçant dans celui-ci telle que la force radiale, nous devons également tenir compte de cette force lors du calcul de la force "descendante" totale pour l'ensemble du système.
- Dans l'exemple ci-dessus, si nous avons un système statique normal, on peut supposer que la seule force descendante agissant sur le fluide et le corps est la gravité standard - 9,81 Newtons / kilogramme.
Multipliez le volume par la densité et la gravité. Lorsque vous avez les valeurs du volume de l'objet (en m), de la densité du fluide (en kg / m) et de la gravité (ou la force descendante du système Newton / Kilogramme), trouver la force flottante devient facile. . Il suffit de les tripler pour trouver la force flottante en Newtons.
- Résolvez l'exemple de problème en branchant les valeurs dans l'équation F_b = V_S × D × g. F_b = 0,262 m × 1 000 kg / m × 9,81 N / kg = 2570 Newtons. Les autres unités s'annihileraient, ne laissant que l'unité Newton.
Déterminez si l'objet flotte ou non en comparant avec la gravité. En utilisant l'équation de la flottabilité, vous trouverez facilement la force qui pousse l'objet hors du liquide. Cependant, vous pouvez également déterminer si le matériau flotte ou s'enfonce dans le fluide si vous faites un pas supplémentaire. Trouvez la force flottante agissant sur tout le corps (c'est-à-dire, utilisez tout le volume du corps V_S), puis trouvez la gravité qui attire l'objet par l'équation G = (masse de l'objet) (9,81 m / s). Si la force flottante est supérieure à la gravité, l'objet flottera. D'un autre côté, si la gravité est plus grande, l'objet coulera. Si ces deux forces sont égales alors on dit la chose suspendu.
- Un objet suspendu ne flottera pas au-dessus de l'eau ou ne coulera pas au fond lorsqu'il est dans l'eau. Il sera suspendu dans le liquide entre la surface et le fond.
- Par exemple, disons que nous voulons savoir si une caisse en bois cylindrique de 20 kg avec un diamètre de 0,75 mètre et une hauteur de 1,25 mètre peut flotter dans l'eau. Nous devons effectuer plusieurs étapes pour ce problème:
  - La première consiste à trouver le volume en utilisant la formule du volume du cylindre V = π (rayon) (hauteur). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.
  - Ensuite, en supposant que nous connaissons la gravité standard et la densité de l'eau, nous résolvons la force flottante agissant sur le canon. 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 5 395,5 Newton.
  - Nous devons maintenant trouver la gravité agissant sur la caisse en bois. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196,2 Newton. Ce résultat est beaucoup plus petit que la force de flottabilité, donc le canon flottera.
Utilisez le même calcul lorsque le fluide est un gaz. Lorsque vous résolvez des problèmes de flottabilité, n'oubliez pas que le liquide ne doit pas nécessairement être un liquide. Les gaz sont également connus sous le nom de fluides même s'ils ont une très faible densité par rapport à d'autres types de matière, et le gaz peut toujours repousser certains des objets flottants qui s'y trouvent. La bulle d'hélium en est la preuve. Puisque l'hélium dans une bulle est plus léger que le fluide qui l'entoure (air), la bulle s'envolera! publicité

Méthode 2 sur 2: Effectuer une expérience simple sur la force flottante

Placez un petit bol dans un plus grand. Avec seulement quelques objets dans la maison, vous verrez facilement les effets de la flottabilité dans la pratique. Dans cette expérience, nous montrons que lorsqu'un objet est submergé, il subira l'effet de la flottabilité, car elle prend la place de la quantité de fluide égale au volume de l'objet immergé. En faisant des expériences, nous montrons également comment trouver la force flottante de l'objet dans la pratique. Commencez par placer un petit récipient sans bouchon, tel qu'un bol ou une tasse, dans un récipient plus grand tel qu'un grand bol ou un seau d'eau.
Remplissez un petit récipient bord à bord avec de l'eau. Vous devez verser l'eau près du bord sans la renverser. Soyez prudent à cette étape! Si vous laissez l'eau déborder, vous devez vider complètement le grand récipient et recommencer.
- Pour cette expérience, nous supposons que l'eau a une densité de 1000 kg / m. À moins que vous n'utilisiez de la saumure ou un liquide complètement différent, la plupart des eaux ont une densité proche de cette valeur de référence, de sorte que les résultats ne seront pas affectés.
- Si vous avez un compte-gouttes, vous pouvez l'utiliser pour faire couler de l'eau dans le récipient intérieur afin que le niveau d'eau soit au bord.
Immergez un petit objet. Ensuite, recherchez un objet qui peut tenir confortablement dans un petit récipient sans dommage d'eau. Trouvez le poids en kilogrammes de cet objet (vous devez utiliser une balance pour la lecture en grammes, puis le convertir en kilogrammes). Ensuite, appuyez lentement sur l'objet dans l'eau sans mouiller votre doigt jusqu'à ce qu'il commence à flotter ou que vous puissiez à peine le tenir, puis relâchez l'objet. Vous devriez voir de l'eau se répandre sur le bord du récipient intérieur dans le récipient extérieur.
- Pour cet exemple, disons que nous pressons une voiture jouet de 0,05 kg dans son conteneur intérieur. Nous n'avons pas besoin de connaître le volume de la voiture pour calculer la flottabilité, comme nous le saurons à l'étape suivante.
Recueillir et mesurer le trop-plein d'eau. Lorsque vous appuyez sur un objet dans l'eau, il remplace un peu d'eau - sinon, il n'y a pas d'espace pour l'immerger dans l'eau. Lorsqu'il pousse l'eau hors de l'allée, il repousse et crée de la flottabilité. Récupérez l'eau renversée du récipient intérieur et versez-la dans la petite tasse à mesurer. Le volume d'eau dans la tasse doit être égal au volume de l'objet immergé.
- En d'autres termes, si l'objet flotte, le volume d'eau qui déborde sera égal au volume de l'objet immergé sous la surface de l'eau. Si l'objet coule, le volume de débordement d'eau sera égal au volume de l'objet entier.
Calculez la quantité d'eau renversée. Puisque vous connaissez la densité de l'eau et pouvez mesurer le volume d'eau débordant dans une tasse à mesurer, vous calculerez le volume d'eau. Convertissez le volume en m (un convertisseur d'unité en ligne comme celui-ci peut vous aider ici) et multipliez-le par la densité de l'eau (1000 kg / m).
- Dans l'exemple ci-dessus, supposons que la voiture miniature soit immergée dans son conteneur intérieur et occupe environ 2 cuillères à soupe (0,00003 m) d'eau. Pour trouver la masse d'eau, multipliez celle-ci par la densité: 1000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 kg.
Comparez le volume d'eau déplacée et la masse de l'objet. Maintenant que vous connaissez les masses d'eau submergée et déplacée, comparez ces deux valeurs. Si la masse de l'objet est supérieure au volume d'eau déplacé, l'objet coulera. En revanche, si le volume du volume d'eau déplacé est plus grand, l'objet flottera. C'est le principe de la flottabilité en pratique - pour un corps flottant, il doit déplacer une masse d'eau supérieure à la masse du corps lui-même.
- Par conséquent, les objets légers mais volumineux sont les meilleurs objets flottants. Cette propriété indique que les objets creux peuvent très bien flotter. Jetons un coup d'œil au canoë - il flotte bien car il est creux à l'intérieur, il peut donc prendre beaucoup d'eau mais la masse n'est pas trop lourde. Si le canot était épais à l'intérieur, il ne pourrait pas bien flotter.
- Dans l'exemple ci-dessus, un véhicule d'une masse de 0,05 kg est supérieur à un volume d'eau déplacé de 0,03 kg. Ceci est conforme à ce que nous observons: la voiture a coulé.
publicité