浮遊力の計算方法：12ステップ（写真付き） - チップ

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浮遊力は、重力と反対方向に流体に沈められた物体に作用する力です。オブジェクトが流体に配置されると、オブジェクトの重量が流体（液体または気体）を押し下げ、浮力がオブジェクトを反対の重力方向に押し上げます。一般に、この浮力は方程式を使用して計算できます F_b = V_S ×D×g、ここでF_b 浮力、V_S は水中部分の体積、Dは物体を取り巻く流体の密度、gは重力です。オブジェクトの浮力を判断する方法を学ぶには、以下のステップ1から始めてください。

手順

2の方法1/2：浮遊力方程式を使用する

ボリュームを見つける オブジェクトの水没した部分。 身体に作用する浮遊力は、物体の水没した体積部分と直接相関しています。言い換えれば、固体のシンクが大きいほど、浮力が強く作用します。つまり、オブジェクトが完全に液体に沈んでいても、それに作用する浮力があります。オブジェクトに作用する浮力の計算を開始するための最初のステップは、通常、流体に浸されているボリュームのボリュームを決定することです。浮動力の式では、この値はmで記述する必要があります。
- 流体に完全に沈められたオブジェクトの場合、沈められたボリュームはオブジェクト自体のボリュームに等しくなります。流体の上澄みについては、流体の表面より下の体積分率のみを考慮します。
- たとえば、水に浮かんでいるゴム球に作用する浮力を見つけたいとしましょう。ボールが直径1mの完全な球体で、ちょうど半分が水没した状態で浮いている場合、ボール全体の体積を計算して半分に分割することにより、水没した部分の体積を求めることができます。球の体積は（4/3）π（半径）なので、ボールの体積は（4/3）π（0.5）= 0.524mになります。 0.524 / 2 = 0.262メートル沈んだ.
流体の密度を見つけます。 浮遊力を見つけるための次のステップは、周囲の液体の密度（kg / m）を決定することです。密度は、対応する体積に対する物質または物質の質量の比率によって測定される量です。体積が等しい2つのオブジェクトの場合、密度が高いオブジェクトは重くなります。一般的な目安として、流体の密度が高いほど、その中に沈む体に浮力が作用します。流体の場合、通常、密度を決定する最も簡単な方法は参照を使用することです。
- 上記の例では、ボールは水に浮かんでいます。研究文献を参照すると、水には特定の密度があることがわかります 1,000 kg / m.
- 多くの一般的な流体の密度は、技術文献に記載されています。このリストはここにあります。
重力（または下方向の別の力）を見つけます。 オブジェクトが流体に沈むか浮くかにかかわらず、オブジェクトは常に重力下にあります。実際、この下向きの力の定数は約 9.81ニュートン/キログラム。ただし、ラジアルフォースなど、流体に作用してボディが沈む別の力がある場合は、システム全体の「下向き」の力の合計を計算するときに、この力も考慮する必要があります。
- 上記の例では、通常の静的システムがある場合、流体と本体に作用する下向きの力は標準重力のみであると想定できます。 9.81ニュートン/キログラム.
体積に密度と重力を掛けます。 物体の体積（m単位）、流体密度（kg / m単位）、および重力（またはニュートン/キログラムシステムの下向きの力）の値がある場合、浮遊力を見つけるのは簡単になります。。これらを3倍にするだけで、ニュートンの浮遊力を見つけることができます。
- 値を式Fに代入して、問題の例を解決します_b = V_S ×D×g。 F_b = 0.262m×1,000kg/m×9.81N/ kg = 2,570ニュートン。他のユニットは互いに消滅し、ニュートンユニットだけを残します。
重力と比較して、オブジェクトが浮いているかどうかを判断します。 浮力の式を使用すると、オブジェクトを液体から押し出す力を簡単に見つけることができます。ただし、さらに1つの手順を実行すると、材料が流体に浮くか沈むかを判断することもできます。全身に作用する浮遊力を求めます（つまり、体の体積全体を使用しますV_S）次に、式G =（オブジェクトの質量）（9.81 m / s）を使用してオブジェクトを引き付ける重力を見つけます。浮力が重力よりも大きい場合、オブジェクトは浮きます。一方、重力が大きい場合、オブジェクトは沈みます。これらの2つの力が等しい場合、私たちは 一時停止.
- 吊り下げられた物体は、水中で水面に浮いたり、底に沈んだりすることはありません。表面と底面の間の液体に懸濁します。
- たとえば、直径0.75 m、高さ1.25mの20kgの円筒形の木箱が水に浮くことができるかどうかを知りたいとします。この問題に対していくつかの手順を実行する必要があります。
  - 1つ目は、シリンダー体積V =π（半径）（高さ）の式を使用して体積を求めることです。 V =π（0.375）（1.25）= 0.55メートル.
  - 次に、水の標準重力と密度がわかっていると仮定して、バレルに作用する浮遊力を解きます。 0.55m×1000kg/m×9.81N/ kg = 5,395.5ニュートン.
  - 今、私たちは木箱に作用する重力を見つけなければなりません。 G =（20 kg）（9.81 m / s）= 196.2ニュートン。この結果は浮力よりもはるかに小さいため、バレルは浮きます。
流体がガスの場合も同じ計算を使用します。 浮力の問題を解決するときは、流体が液体である必要はないことを忘れないでください。ガスは流体としても知られていますが、他の種類の物質に比べて密度が非常に低く、ガスはその中の浮遊物の一部をはじくことができます。ヘリウムバブルはこれの証拠です。泡の中のヘリウムは周りの液体（空気）よりも軽いので、泡は飛び去ります！広告

方法2/2：浮遊力で簡単な実験を行う

小さなボウルを大きなボウルに入れます。 家の中にいくつかのオブジェクトがあるだけで、実際の浮力の効果を簡単に確認できます。この実験では、オブジェクトが水没すると、水没したオブジェクトの体積に等しい量の流体の代わりになるため、浮力の影響を受けることを示します。実験を行う過程で、実際にオブジェクトの浮遊力を見つける方法も示します。まず、ボウルやカップなどの小さなキャップのないコンテナを、大きなボウルや水の入ったバケツなどの大きなコンテナに入れます。
小さな端から端までの容器に水を入れます。 あなたはそれをこぼさずに端の近くに水を注ぐ必要があります。このステップでは注意してください！水をあふれさせる場合は、大きな容器を完全に空にして最初からやり直す必要があります。
- この実験では、水の密度が1000 kg / mであると仮定します。ブラインまたはまったく異なる液体を使用しない限り、ほとんどの水はこの基準値に近い密度を持っているため、結果に影響はありません。
- スポイトをお持ちの場合は、スポイトを使用して内部コンテナに水を滴下し、水位が端まで上がるようにすることができます。
小さな物体を浸します。 次に、水害のない小さな容器に快適に収まる物体を探します。このオブジェクトのキログラム単位の重量を見つけます（グラム単位の読み取りにスケールを使用してから、キログラムに変換する必要があります）。次に、オブジェクトが浮き始めるか、かろうじて保持できるようになるまで、指を濡らさずにオブジェクトをゆっくりと水中に押し込み、オブジェクトを解放します。内側のコンテナの端から外側のコンテナに水がこぼれるのが見えるはずです。
- この例では、0.05kgのおもちゃの車を内側のコンテナに押し込んでいるとしましょう。次のステップでわかるように、浮力を計算するために車のボリュームを知る必要はありません。
水のオーバーフローを収集して測定します。 オブジェクトを水に押し込むと、水の代わりになります。そうしないと、オブジェクトを水に浸すスペースがありません。水を経路から押し出すと、水は反発して浮力を生み出します。内側の容器からこぼれた水を集め、小さな測定カップに注ぎます。ビーカー内の水の量は、水没した物体の量と同じである必要があります。
- 言い換えれば、オブジェクトが浮いている場合、オーバーフローする水の量は、水面下に沈んでいるオブジェクトの量と等しくなります。オブジェクトが沈むと、水のオーバーフローの量はオブジェクト全体の量に等しくなります。
こぼれた水の量を計算します。 水の密度がわかっていて、測定カップに溢れている水の量を測定できるので、水の量を計算します。体積をmに変換し（このようなオンラインユニットコンバーターがここで役立ちます）、水の密度（1,000 kg / m）を掛けます。
- 上記の例では、おもちゃの車が内部のコンテナに沈んでいて、約2杯（0.00003 m）の水を占有していると仮定します。水の質量を見つけるには、これに密度を掛けます：1,000 kg/m×0.00003m= 0.03 kg.
押しのけられた水の量と物体の質量を比較します。 水中と移動した水の両方の質量がわかったので、これら2つの値を比較します。オブジェクトの質量が移動した水の量よりも大きい場合、オブジェクトは沈みます。一方、押しのけられた水量の量が多い場合、オブジェクトは浮きます。これは実際には浮く原理です-浮力のある人にとっては、体自体の質量よりも大きな水の質量を移動させる必要があります。
- したがって、軽い質量ですが、大きなボリュームが最適なフローティングオブジェクトです。このプロパティは、中空のオブジェクトが非常にうまく浮くことができることを示しています。カヌーを見てみましょう。内部が中空であるため、浮きがよく、大量の水を吸収できますが、質量はそれほど重くありません。カヌーが内部で厚いと、うまく浮くことができません。
- 上記の例では、質量が0.05 kgの車両は、変位した水の量が0.03kg大きくなっています。これは私たちが観察したことと一致しています：車は沈んでいます。
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