المحتوى

• خطوات
• النصيحة
• ماذا تحتاج

القوة العائمة هي القوة المؤثرة على جسم مغمور في سائل في الاتجاه المعاكس للجاذبية. عندما يتم وضع جسم ما في سائل ، فإن وزن الجسم يدفع السائل (سائل أو غاز) إلى أسفل بينما يدفع الطفو الجسم إلى أعلى ، في الاتجاه المعاكس للجاذبية. بشكل عام ، يمكن حساب هذا الطفو باستخدام المعادلات F_ب = V._س × د × زوفيها F_ب هو الطفو ، V._س هو حجم الجزء المغمور ، و D هي كثافة السائل المحيط بالجسم ، و g هي الجاذبية. لمعرفة كيفية تحديد طفو كائن ما ، ابدأ بالخطوة 1 أدناه.

خطوات

طريقة 1 من 2: استخدم معادلة القوة العائمة

1. 

   ابحث عن الحجم الجزء المغمور من الجسم. يرتبط الطفو الذي يعمل على الكائن ارتباطًا مباشرًا بجزء الحجم المغمور منه. بعبارة أخرى ، كلما زاد حجم حوض الجسم الصلب ، زاد تأثير الطفو عليه. أي أنه حتى لو كان الجسم مغمورًا بالكامل في السائل ، فلا يزال هناك طفو يعمل عليه. لبدء حساب قوة الطفو المؤثرة على جسم ما ، فإن الخطوة الأولى عادةً هي تحديد حجم الحجم المنقوع في السائل. في معادلة القوة العائمة ، يجب كتابة هذه القيمة بوحدة m.
   • بالنسبة لجسم مغمور تمامًا في السائل ، فإن الحجم المغمور سيكون مساويًا لحجم الكائن نفسه. بالنسبة إلى المادة الطافية للسائل ، فإننا نأخذ في الاعتبار فقط جزء الحجم الموجود أسفل سطح السائل.
   • على سبيل المثال ، لنفترض أننا نريد إيجاد الطفو الذي يعمل على كرة مطاطية تطفو في الماء. إذا كانت الكرة عبارة عن كرة مثالية يبلغ قطرها مترًا واحدًا وتطفو ونصفها مغمور بالضبط ، فيمكننا إيجاد حجم الجزء المغمور بحساب حجم الكرة بأكملها وتقسيمها إلى نصفين. نظرًا لأن حجم الكرة هو (4/3) (نصف القطر) ، لدينا حجم الكرة ليكون (4/3) π (0.5) = 0.524 م. 0.524 / 2 = تم غرق 0.262 م.

2. 

   
   
   أوجد كثافة السائل. الخطوة التالية في إيجاد القوة العائمة هي تحديد كثافة السائل المحيط (بالكيلوغرام / م). الكثافة هي كمية تقاس بنسبة كتلة المادة أو المادة إلى الحجم المقابل لها. بالنسبة لكائنين متساويين في الحجم ، سيكون الجسم ذو الكثافة الأعلى أثقل. القاعدة العامة هي أنه كلما زادت كثافة السائل ، زادت قوة الطفو على الجسم الذي يغرق فيه. مع السوائل ، عادةً ما تكون أسهل طريقة لتحديد الكثافة هي من خلال المراجع.
   • في المثال أعلاه ، تطفو الكرة في الماء. تخبرنا أدبيات الدراسة المرجعية أن الماء له كثافة محددة 1000 كجم / م.
   • يتم إعطاء كثافة العديد من السوائل الشائعة في الأدبيات الفنية. يمكنك العثور على هذه القائمة هنا.

3. 

   
   
   أوجد الجاذبية (أو قوة أخرى في الاتجاه السفلي). سواء كان الجسم يغرق أو يطفو في سائل ، فإنه دائمًا ما يخضع للجاذبية. في الواقع ، ثابت القوة الهابطة هذا حوالي 9.81 نيوتن / كيلوغرام. ومع ذلك ، في الحالات التي توجد فيها قوة أخرى تؤثر على السائل ويغرق الجسم فيه مثل القوة الشعاعية ، يجب علينا أيضًا مراعاة هذه القوة عند حساب القوة "الهابطة" الكلية للنظام بأكمله.
   • في المثال أعلاه ، إذا كان لدينا نظام ثابت عادي ، فيمكن افتراض أن القوة الهابطة الوحيدة المؤثرة على السائل والجسم هي الجاذبية القياسية - 9.81 نيوتن / كيلوغرام.

4. 

   
   
   اضرب الحجم في الكثافة والجاذبية. عندما يكون لديك قيم حجم الجسم (بالمتر) ، وكثافة السوائل (بالكيلو جرام / م) ، والجاذبية (أو القوة الهابطة لنظام نيوتن / كيلوجرام) ، يصبح إيجاد القوة العائمة أمرًا سهلاً. . ببساطة ضاعف هؤلاء ثلاثة أضعاف لإيجاد القوة العائمة بالنيوتن.
   • حل مسألة المثال عن طريق إدخال القيم في المعادلة F_ب = V._س × د × ز. F_ب = 0.262 م × 1،000 كجم / م × 9.81 نيوتن / كجم = 2،570 نيوتن. الوحدات الأخرى ستقضي على بعضها البعض ، تاركةً وحدة نيوتن فقط.

5. 

   حدد ما إذا كان الجسم يطفو أم لا من خلال مقارنته بالجاذبية. باستخدام معادلة الطفو ، ستجد بسهولة القوة التي تدفع الجسم خارج السائل. ومع ذلك ، يمكنك أيضًا تحديد ما إذا كانت المادة تطفو أو تغرق في السائل إذا اتخذت خطوة إضافية. أوجد القوة العائمة المؤثرة على الجسم كله (أي استخدم الحجم الكامل للجسم V._س) ، ثم ابحث عن الجاذبية التي تجذب الجسم بالمعادلة G = (كتلة الجسم) (9.81 م / ث). إذا كانت القوة العائمة أكبر من الجاذبية ، فسيطفو الجسم. من ناحية أخرى ، إذا كانت الجاذبية أكبر ، فسيغرق الجسم. إذا كانت هاتان القوتان متساويتين ، فإننا نقول الشيء معلق.
   • لن يطفو الجسم المعلق فوق الماء أو يغرق في القاع أثناء وجوده في الماء. سيتم تعليقه في السائل بين السطح والقاع.
   • على سبيل المثال ، لنفترض أننا نريد معرفة ما إذا كان صندوق خشبي أسطواني وزنه 20 كجم وقطره 0.75 مترًا وارتفاعه 1.25 مترًا يمكن أن يطفو في الماء. يجب علينا تنفيذ عدة خطوات لحل هذه المشكلة:
     • الأول هو إيجاد الحجم باستخدام صيغة حجم الأسطوانة V = π (نصف القطر) (الارتفاع). V = π (0.375) (1.25) = 0.55 م.
     • بعد ذلك ، بافتراض أننا نعرف الجاذبية القياسية وكثافة الماء ، فإننا نحسب القوة العائمة المؤثرة على البرميل. 0.55 م × 1000 كجم / م × 9.81 نيوتن / كجم = 5،395.5 نيوتن.
     • الآن علينا أن نجد الجاذبية التي تؤثر على الصندوق الخشبي. G = (20 كجم) (9.81 م / ث) = 196.2 نيوتن. هذه النتيجة أصغر بكثير من قوة الطفو ، لذلك سوف يطفو البرميل.

6. 

   استخدم نفس الحساب عندما يكون السائل غازًا. عند حل مشكلات الطفو ، لا تنس أن السائل لا يجب أن يكون سائلاً. تُعرف الغازات أيضًا بالسوائل ، على الرغم من أنها تتميز بكثافة صغيرة جدًا مقارنة بأنواع أخرى من المادة ، ولا يزال بإمكان الغاز صد بعض الأجسام الطافية بداخله. فقاعة الهيليوم هي الدليل على ذلك. نظرًا لأن الهليوم الموجود في الفقاعة أخف من السائل المحيط به (الهواء) ، فإن الفقاعة ستطير بعيدًا! الإعلانات

طريقة 2 من 2: إجراء تجربة بسيطة على القوة العائمة

1. 

   ضع وعاء صغير في وعاء أكبر. مع وجود عدد قليل من الأشياء في المنزل ، سترى بسهولة تأثيرات الطفو في الممارسة العملية. في هذه التجربة ، أوضحنا أنه عند غمر جسم ما ، فإنه سيعاني من تأثير الطفو ، لأنه يحل محل كمية السائل التي تساوي حجم الجسم المغمور. في عملية إجراء التجارب ، نعرض أيضًا كيفية إيجاد القوة العائمة للجسم في الممارسة. أولاً ، ضع وعاءًا صغيرًا بدون غطاء ، مثل وعاء أو كوب ، في وعاء أكبر مثل وعاء كبير أو دلو من الماء.

2. 

   املأ وعاءًا صغيرًا من الحافة إلى الحافة بالماء. يجب أن تصب الماء بالقرب من الحافة دون سكبها. كن حذرا في هذه الخطوة! إذا تركت الماء يفيض ، يجب عليك تفريغ الحاوية الكبيرة تمامًا ثم البدء من جديد.
   • في هذه التجربة ، نفترض أن كثافة الماء تبلغ 1000 كجم / م. ما لم تستخدم محلولًا ملحيًا أو سائلًا مختلفًا تمامًا ، فإن معظم المياه لها كثافة قريبة من هذه القيمة المرجعية ، وبالتالي لن تتأثر النتائج.
   • إذا كان لديك قطارة ، فيمكنك استخدامها لتقطير الماء في الحاوية الداخلية حتى يصل مستوى الماء إلى الحافة.

3. 

   اغمر جسمًا صغيرًا. بعد ذلك ، ابحث عن شيء يمكن وضعه بشكل مريح في حاوية صغيرة بدون ضرر مائي. أوجد الوزن بالكيلوجرام لهذا الجسم (يجب أن تستخدم المقياس للقراءة بالجرام ثم تحويله إلى كيلوجرام). ثم اضغط على الجسم ببطء في الماء دون أن تبتل إصبعك حتى يبدأ في الطفو أو بالكاد تستطيع الإمساك به ، ثم حرر الجسم. يجب أن ترى بعض الماء ينسكب على حافة الحاوية الداخلية في الحاوية الخارجية.
   • في هذا المثال ، لنفترض أننا نضغط على سيارة لعب بوزن 0.05 كجم في الحاوية الداخلية. لا نحتاج إلى معرفة حجم السيارة لحساب الطفو ، كما سنعرف في الخطوة التالية.

4. 

   جمع وقياس فيضان المياه. عندما تضغط على جسم ما في الماء ، فإنه يحل محل بعض الماء - وإلا فلن يكون هناك مكان لك لغمره في الماء. عندما يدفع الماء خارج الممر ، فإنه يتنافر ويخلق الطفو. اجمع الماء المنسكب من الحاوية الداخلية واسكبه في كوب القياس الصغير. يجب أن يكون حجم الماء في الكوب مساويًا لحجم الجسم المغمور.
   • بمعنى آخر ، إذا كان الجسم يطفو ، فسيكون حجم المياه المتدفقة مساويًا لحجم الجسم المغمور تحت سطح الماء. إذا غرق الجسم ، فسيكون حجم فيضان الماء مساويًا لحجم الجسم بأكمله.

5. 

   احسب كمية الماء المسكوب. نظرًا لأنك تعرف كثافة الماء ويمكنك قياس حجم الماء المتدفق في كوب قياس ، فسوف تحسب حجم الماء. قم بتحويل الحجم إلى m (يمكن لمحول الوحدات عبر الإنترنت مثل هذا أن يساعد هنا) واضربه في كثافة الماء (1000 كجم / م).
   • في المثال أعلاه ، افترض أن سيارة اللعبة مغمورة في الحاوية الداخلية الخاصة بها وتحتل حوالي ملعقتين كبيرتين (0.00003 م) من الماء. لإيجاد كتلة الماء ، اضرب هذا في الكثافة: 1000 كجم / م × 0.00003 م = 0.03 كجم.

6. 

   قارن بين حجم الماء المُزاح وكتلة الجسم. الآن بعد أن عرفت كتل كل من الماء المغمور والمزاح ، قارن هاتين القيمتين. إذا كانت كتلة الجسم أكبر من حجم الماء المزاح ، فسيغرق الجسم. من ناحية أخرى ، إذا كان حجم الماء المزاح أكبر ، فسيطفو الجسم. هذا هو مبدأ الطفو في الممارسة العملية - بالنسبة للجسم العائم ، يجب أن يحل محل كتلة من الماء أكبر من كتلة الجسم نفسه.
   • ومن ثم فإن الكائنات خفيفة الوزن ولكن كبيرة الحجم هي أفضل الكائنات العائمة. تشير هذه الخاصية إلى أن الكائنات المجوفة يمكن أن تطفو جيدًا. دعنا نلقي نظرة على الزورق - فهو يطفو جيدًا لأنه مجوف من الداخل ، لذلك يمكن أن يستهلك الكثير من الماء لكن الكتلة ليست ثقيلة جدًا. إذا كان الزورق سميكًا بداخله فلن يتمكن من الطفو جيدًا.
   • في المثال أعلاه ، سيارة كتلتها 0.05 كجم أكبر من حجم الماء المزاح بمقدار 0.03 كجم. هذا يتماشى مع ما نلاحظه: غرقت السيارة.
   الإعلانات

النصيحة

• استخدم ميزانًا غير قابل للضبط بعد كل وزن للحصول على قيم دقيقة.

ماذا تحتاج

• كوب أو وعاء صغير
• وعاء كبير أو برميل
• الأشياء الصغيرة التي يمكن غمرها في الماء (مثل كرة مطاطية)
• كوب القياس