Cómo calcular la flotabilidad: 12 pasos (con imágenes)

2 Métodos:Usando la ecuación de flotabilidad Fuerza Realización de un experimento sencillo sobre la flotabilidad

El empuje es la fuerza que actúa en la dirección opuesta a la dirección de la gravedad afecta a todos los objetos sumergidos en un fluido. Cuando un objeto se coloca en un fluido, su peso empuja el fluido (líquido o gas), mientras que la fuerza de empuje que empuja hacia arriba el objeto, que actúa contra la gravedad. En general, esta fuerza se puede calcular de la ecuación F_b V =_s D × × g, donde F_b es la fuerza de flotación, V_s Es el volumen D sumergida es la densidad del fluido en el que se sumerge el objeto y g es la fuerza de la gravedad. Para saber cómo determinar el empuje del objeto, consulte el paso 1 para iniciar.

método 1

Usando la ecuación de flotabilidad Fuerza

Imagen titulada Calcular flotabilidad Paso 1

Encontrar el volumen de la parte sumergida del objeto. La fuerza de flotación que actúa sobre un objeto es directamente proporcional a la objeto de volumen que se sumerge. En otras palabras, cuanto más grueso es el objeto, mayor es la fuerza de flotación que actúa sobre él. Esto significa que incluso los objetos que se hunden en un líquido tienen una fuerza de empuje hacia arriba. Para iniciar el cálculo de esta intensidad, el primer paso es determinar el volumen del objeto se sumerge. Para la ecuación, este valor debería ser en metros.

Para los objetos que están completamente sumergidas en el líquido, el volumen sumergido es el mismo objeto. Para aquellos que están flotando en la superficie del fluido, se considera sólo el volumen debajo de la superficie.
A modo de ejemplo, supongamos que queremos encontrar la fuerza de flotación que actúa sobre una pelota de goma flotando en el agua. Si la pelota es una esfera perfecta, con un diámetro de un metro, y está flotando en la mitad en el agua, podemos encontrar el volumen de la parte sumergida encontrar el volumen total de la esfera y dividiendo por dos. Dado que el volumen de la esfera está dada por (4/3) π (radio), sabemos que vamos a tener un resultado de (4/3) π (0,5) = 0.524 metros. 0,524 / 2 = 0.262 metros bajo el agua.

Imagen titulada Calcular flotabilidad Paso 2

Encuentra la densidad de su líquido. El siguiente paso en el proceso de encontrar la fuerza de flotación es definir la densidad (kg / metro) de donde se sumerge el objeto. La densidad es una medida de un objeto o de la sustancia por volumen relativo. Dados dos objetos de igual volumen, que tienen una mayor densidad pesa más. Como regla general, cuanto mayor es la densidad del fluido, mayor será la fuerza que ejerce empuje. Con fluidos, generalmente es más fácil determinar la densidad mirando en materiales de referencia.

En nuestro ejemplo, la bola está flotando en el agua. Consultar un fortaleza académica, nos encontramos con que la densidad del agua es de unos 1000 kg / metro.

Las densidades de otros líquidos comunes se enumeran en las fuentes de ingeniería. Una lista de ellos se puede encontrar aquí.

Imagen titulada Calcular flotabilidad Paso 3

Encuentra la fuerza de la gravedad (u otra fuerza hacia abajo). Sé el objeto flotante o totalmente sumergido, que siempre está sujeta a la fuerza de gravedad. En el mundo real, esto es igual a fuerza constante 9,81 Newtons / kg. Sin embargo, en situaciones en que otra fuerza, como centrífuga, el líquido se actúa sobre un objeto sumergido, y también se debe considerar en la determinación de la fuerza descendente total.

En nuestro ejemplo, si estamos tratando con un sistema ordinario y fijo, podemos asumir que la única fuerza que actúa hacia abajo es la fuerza de la gravedad se ha mencionado anteriormente.

Sin embargo, si nuestra pelota estaba flotando en un cubo de agua, que gira a gran velocidad en un círculo horizontal? En este caso, en el supuesto de que el cubo está girando lo suficientemente rápido como para asegurar que toda el agua que la pelota no se cae, la fuerza hacia abajo en esta situación se deriva de la fuerza centrífuga creada por el cubo del movimiento, no la gravedad de la tierra.

Imagen titulada Calcular flotabilidad Paso 4

Multiplicar el volumen de densidad × × gravedad. Cuando se tiene valores para el volumen de su objeto (en metros), la densidad de su líquido (en kilogramos / metro) y la fuerza de la gravedad (o apagar el sistema), encontrar la fuerza de flotación es fácil. Basta con multiplicar estas tres cantidades para encontrar la fuerza en Newtons.

Vamos a resolver nuestro ejemplo la sustitución de nuestros valores en la ecuación F_b V =_s × D × g. F_b = 0.262 metros × 1000 kilogramos / metro x 9,81 newtons / kilogramo = 2570 Newtons.

Imagen titulada Calcular flotabilidad Paso 5

Averiguar si su objeto flota, comparándola con la fuerza de la gravedad. Usando la ecuación de fuerza de empuje, es fácil encontrar la fuerza que está empujando un objeto fuera del fluido en el que está sumergido. Sin embargo, con un poco más de trabajo, también puede determinar si el objeto flotará o se hundirá. Simplemente encontrar la fuerza de flotación al objeto (en otras palabras, utilizar todo el volumen como V_s), Y luego encontrar la fuerza de la gravedad con la L = (masa objeto de ecuación) (9,81 metros / segundo). Si la fuerza de empuje es mayor que la gravedad, el objeto flotará. Pero si la fuerza de la gravedad es mayor, se hundirá. Si son iguales, se dice que el objeto a "neutral".

Por ejemplo, supongamos que queremos saber si un cilíndrico de madera de 20 kilos de cañón con un diámetro de 0,75 metros y una altura de 1,25 metros, flota en el agua. Esto requiere varios pasos:

Usted puede encontrar el volumen con la fórmula V = π (radio) (altura). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 metros.

Después de eso, suponiendo que los valores por defecto de la gravedad y la densidad del agua, podemos determinar la fuerza de flotación en el barril. 0,55 metros x 1000 kilogramos / metro x 9,81 newtons / kilo = 5395.5 Newtons.

Ahora tenemos que encontrar la fuerza de gravedad en el barril. L = (20 kg) (9,81 metros / segundo) = 196,2 Newtons. Es mucho más pequeña que la fuerza de flotación, entonces el flotador barril.

Imagen titulada Calcular flotabilidad Paso 6

Utilizar la misma técnica cuando este fluido es un gas. Al resolver problemas RIPO, asegúrese de que el líquido no tiene por qué ser un líquido. Los gases y los líquidos también son considerados, a pesar de tener densidades más bajas en comparación con otros tipos de materiales, aún puede soportar el peso de algunos objetos. Un globo de helio simple es una prueba de ello. Puesto que el balón del gas es menos denso que el líquido alrededor de flota!

método 2

Realización de un experimento sencillo sobre la flotabilidad

Imagen titulada Calcular flotabilidad Paso 7

Coloque una pequeña taza o recipiente dentro de un recipiente más grande. Con algunos artículos de hogar, es fácil ver los principios de la flotabilidad en la acción! En este sencillo experimento, se demuestra que un objeto de la experiencia de flotabilidad sumergido porque desplaza un volumen de líquido igual al volumen del objeto sumergido. Mientras hacemos esto, también hemos demostrado cómo encontrar la fuerza de empuje de un experimento. Para empezar, colocar un pequeño recipiente, tal como un tazón o una taza en un recipiente más grande, tal como un recipiente o cubo grande.

Imagen titulada Calcular flotabilidad Paso 8

Llenar el interior del recipiente hasta el borde. A continuación, llenar el recipiente más grande con agua. Desea que el nivel de agua es hasta el borde, sin que se caiga. ¡Tenga cuidado! Si se derrama el agua, vaciar el contenedor más grande antes de volver a intentarlo.

Para este experimento, es seguro asumir que el agua tiene la densidad del agua es el valor predeterminado de 1.000 kg / metro. A menos que el uso de agua salada o un líquido diferente, la mayoría de los tipos de agua tienen un valor de densidad próxima al valor de referencia.

Si usted tiene un gotero, puede ser muy útil para comprobar el nivel de agua en el recipiente interior.

Imagen titulada Calcular flotabilidad Paso 9

Sumergir un objeto pequeño. Ahora encuentra un pequeño objeto que cabe dentro del recipiente interior y que no se dañe con el agua. Encontrar la masa del objeto en kilogramos (utilizar una escala a él). Por lo tanto, sin mojar sus dedos, sumergir el objeto en el agua hasta que comience a flotar o ya no lo puede contener. Usted debe notar la fuga de depósito del agua al recipiente externo.

A los efectos de nuestro ejemplo, digamos que estamos poniendo un coche de juguete con una masa de 0,05 kg en el recipiente interior. no sabemos el volumen de coches para calcular el empuje, como veremos a continuación.

Imagen titulada Calcular flotabilidad Paso 10

Recoger y medir el cobertizo agua. Cuando se sumerge un objeto de agua, hay un desplazamiento de agua si no lo hiciera, no habría espacio para él en el agua. Cuando se empuja el líquido, el agua empuja hacia atrás, haciendo que el empuje. Tomar agua que se vierte y poner en una taza de medir. El volumen de agua debe ser igual al volumen sumergido.

En otras palabras, si el objeto flota, el volumen de agua vertido será igual al volumen del objeto sumergido en el agua. Si el objeto se hunde, el volumen de vertido de agua es igual al volumen de cualquier objeto.

Imagen titulada Calcular flotabilidad Paso 11

Calcular el peso del agua derramado. Puesto que usted sabe que la densidad del agua y se puede medir el volumen que fue derramada, se puede encontrar la masa. Simplemente convertir los contadores de volumen (una herramienta de conversión en línea, como este, Puede ser útil) y se multiplica por la densidad del agua (1000 kg / metro).

En nuestro ejemplo, digamos que nuestro carro se hundió y se desplaza sobre dos cucharadas (0.00003 metros). Para encontrar la masa de agua, multiplicado por su densidad :: 1000 kg / m × 0.00003 metros = 0.03 kg.

Imagen titulada Calcular flotabilidad Paso 12

Comparar el volumen desplazado de la masa del objeto. Ahora que ya sabe la masa sumergida y la masa desplazada, las comparan para ver cuál es más alto. Si la masa del objeto sumergido en el recipiente interno es mayor que la masa de agua desplazada, debe haber hundido. Pero si la masa de agua desplazada es mayor que, el objeto que se flotaba. Este es el comienzo de empuxo- en un objeto flotante, tiene que mover una masa de agua más grande que el objeto.

Aún así, los objetos con masas más pequeñas pero grandes volúmenes son los objetos que la mayoría de flotación. Esta propiedad significa que los objetos flotan huecos. Piensa en un canoa- flota porque es hueco, por lo que puede mover una gran cantidad de agua sin tener una gran masa. Si canoas eran sólidos, que no flotan bien.

En nuestro ejemplo, el coche tiene una masa de 0,05 kilogramos, más alto que el agua desplazada, 0.03 kilogramos. Esto confirma nuestro resultado: el coche se hunde.