Hydrostatická vztlaková sila - mechanika tekutín
Čakajú na vás ďalšie výukové videá a množstvo materiálov:
Kompletný balíček pre študentov strojárstva
Video sa načítava .
Ak sa video po chvíli nezobrazí:
Sprievodca prezeraním videa
Je známe, že telo v kvapaline (napr. Voda) má menšiu váhu, ako keby bolo telo „na zemi“. To sa dá veľmi ľahko zmerať napríklad pomocou pružinového dynamometra. Telo sa zmeria „na zemi“, potom sa ponorí do vody a znova sa zmeria hmotnosť. Uvidíte, že telo váži vo vode menej. To znamená, že sila musí pôsobiť proti hmotnosti príslušnej kvapaliny. Táto sila, ktorá pôsobí proti váhovej sile, sa nazýva Vztlak $ F_A $. Výťah je na druhej strane samotný vzhľad.
Dôvodom na vytvorenie vztlaku je hydrostatický tlak (tiež gravitačný), ktorý sa líši veľkosťou v rôznych hĺbkach (čím hlbšie, tým väčšie).
Dá sa z toho odvodiť výťah. Keďže tlak je menší v menšej hĺbke $ h_1 $ ako vo väčšej hĺbke $ h_2 $, na začiatku platí:
$ p_1 Kliknite sem pre rozbalenie
Archimedov zákon
Vztlaková sila pôsobiaca na telo je rovný hmotnosť množstva kvapaliny ním vytlačenej.
Vztlak teda zodpovedá Hmotnosť vytlačenej kvapaliny (Archimédov princíp):
Hmotnosť množstva kvapaliny $ G_ $, ktoré je vytlačené telom, sa dá vypočítať z:
metóda
$ F_A = G_ = \ rho_ \; g \; V_ $ Vztlak
Vztlaková sila $ F_A $ zohľadňuje hustotu kvapaliny $ \ rho_ $, gravitačné zrýchlenie $ g = 9,81 \ frac $ a objem vytlačeného množstva kvapaliny $ V_ $ (= objem tela).
Z vyššie uvedenej rovnice možno vyvodiť, že: Vztlak na tele, čím väčší je jeho ponorený objem, tým je väčší. Zároveň objem ponoreného telesa vytlačí rovnako veľký objem kvapaliny.
Všimnite si
Vztlak spôsobuje, že sa zdá, že telo chudne. Jeho efektívna hmotnosť je potom iba
metóda
$ m $ hmotnosť tela
Možno teda konštatovať, že telo ponorené do tekutiny zažíva vztlak, ktorý vedie k zníženiu efektívnej hmotnosti tela. Vztlaková sila je hmotnosť posunutého objemu vody (nie hmotnosť tela).
Drez, zdvihnúť sa, plávať
Ďalšou otázkou je, či sa ponorené teleso potápa, dvíha alebo je v rovnováhe (plávajúce). Za týmto účelom musíme porovnať váhu tela s vztlakovou silou:
metóda
$ F_ = F_A - G_ $ Výsledná sila
$ F_A = \ rho_ \ cdot g \ cdot V_ $
Z vyššie uvedeného vzorca môžu vyplynúť tri prípady:
Prípad 1: $ G_ F_A $
Výsledná sila $ F_ $ ukazuje vertikálne nadol. Telo sa pohybuje dole.
Prípad 3: $ G_ = F_A $
Výsledná sila je nulová a teleso zostáva vo svojej polohe (pláva). V tejto situácii sú problematické aj malé zmeny statického tlaku, ktoré vedú k pohybu tela hore a dole.
Súhrnný vztlak
Ak je telo ponorené v kvapaline, tlak na dno je väčší ako tlak na vrchu. Výsledkom je zvislá zdvíhacia sila tela smerom nahor. Tento vztlak zodpovedá hmotnosti vytlačenej kvapaliny (Archimedov zákon). Ak je priemerná hustota telesa menšia ako hustota kvapaliny, vztlaková sila prevažuje nad váhovou silou. Potom pracujte Nie Ak na ňu pôsobia iné sily (napr. Vodorovné), telo sa zdvihne a pláva. Na druhej strane, ak je jeho hustota vyššia ako hustota kvapaliny, telo klesá smerom dole. Ak je však hustota rovnaká, telo zostáva vo svojej polohe.
Príklad: sila zdvihu a výsledná sila
príklad
Nech sa dajú dve guľky, obe sú ponorené vo vode. Jedna guľa je vyrobená z ocele s hustotou $ \ rho = 7,85 kg/dm ^ 3 $, druhá guľa je vyrobená z dreva s hustotou $ \ rho = 0,8 kg/dm ^ 3 $. Dve gule majú priemer 200 mm. Hustota vody je = 999,97 kg/m ^ 3 $.
Aké veľké sú vztlakové sily týchto dvoch gúľ?
Aká je výsledná sila dvoch guľôčok? Čo sa presne stane s loptičkami?
Najskôr sa určia vztlakové sily dvoch gúľ. Vztlaková sila sa rovná hmotnosti množstva vody vytlačenej guľkami. To znamená, že sa berie do úvahy hustota vody, objem tela (= posunutý objem vody) a gravitačné zrýchlenie:
$ F_A ^ = 999,97 \ frac \ cdot 9,81 \ frac \ cdot \ frac \ pi \ cdot (0,1 m) ^ 3 = 41,09 N $.
$ F_A ^ = 999,97 \ frac \ cdot 9,81 \ frac \ cdot \ frac \ pi \ cdot (0,1 m) ^ 3 = 41,09 N $.
Ako už bolo opísané vyššie, zdvíhacia sila je sila smerujúca vertikálne nahor (pretože sila na spodnej strane je väčšia ako sila na hornej strane). Pretože sa tu predpokladá pozitívna os smerom nahor, $ F_A $ je kladné.
Obe vztlakové sily sú rovnaké, pretože sa berie do úvahy iba hustota vody a objem guľôčok. Pretože obidve majú rovnaký objem, sú zdvíhacie sily tiež rovnaké. Drevená guľa má však oveľa menšiu hustotu ako oceľová guľa. Výsledok je teraz možné použiť na určenie toho, čo sa presne stane s guľkami vo vode.
$ F_ ^ = (999,97 \ frac - 7 850 \ frac) \ cdot 9,81 \ frac \ cdot \ frac \ cdot \ pi \ cdot (0,1 m) ^ 3 = -281,48 N $.
Záporné znamienko znamená, že výsledná sila smeruje nadol. To zase znamená, že lopta sa pohybuje smerom nadol.
$ F_ ^ = (999,97 \ frac - 800 \ frac) \ cdot 9,81 \ frac \ cdot \ frac \ cdot \ pi \ cdot (0,1 m) ^ 3 = 8,22 N $.
Pozitívne znamenie znamená, že výsledná sila smeruje nahor. To zase znamená, že lopta sa pohybuje nahor.
Hĺbka ponorenia tu nemá žiadny vplyv, pokiaľ je lopta úplne ponorená.
Video: Hydrostatická vztlaková sila
Video sa načítava .
Ak sa video po chvíli nezobrazí:
Sprievodca prezeraním videa
Ďalší zaujímavý obsah k tejto téme
Rozmery pre konštrukciu vozidla
Možno je téma rozmerov pre konštrukciu vozidla (triedy vozidiel) z nášho online kurzu tiež pre vás Technológia vozidla Zaujímavé.
Interakcia viacerých síl
Možno je téma interakcie viacerých síl (kinetika: príčiny pohybov) z nášho online kurzu tiež pre vás fyzika Zaujímavé.
Inerciálny systém
Možno je téma zotrvačnej sústavy (kinetika hmotnostného bodu) z nášho online kurzu tiež pre vás Inžinierska mechanika 3: dynamika Zaujímavé.