Ποιες δυνάμεις ενεργούν σε μια μπάλα που βυθίζεται στο νερό;
1. Βαρύτητα (FG): Αυτή η δύναμη τραβάει την μπάλα προς τα κάτω, προς το κέντρο της γης. Το μέγεθος του υπολογίζεται ως:
* fg =mg , πού:
* m Είναι η μάζα της μπάλας
* g είναι η επιτάχυνση που οφείλεται στη βαρύτητα (περίπου 9,8 m/s²)
2. Άνωση (FB): Αυτή η δύναμη ενεργεί προς τα πάνω, αντίθετα στη δύναμη της βαρύτητας. Προκαλείται από τη διαφορά πίεσης μεταξύ του πάνω και του πυθμένα της μπάλας, η οποία προκύπτει από το βάρος του νερού που εκτοπίζεται από την μπάλα. Το μέγεθος του υπολογίζεται ως:
* fb =ρΒg , πού:
* ρ είναι η πυκνότητα του νερού
* V Είναι ο όγκος της μπάλας βυθισμένο στο νερό
* g είναι η επιτάχυνση λόγω βαρύτητας
3. Σύρετε (FD): Αυτή η δύναμη αντιτίθεται στην κίνηση της μπάλας μέσα από το νερό και δρα προς την αντίθετη κατεύθυνση της ταχύτητας της μπάλας. Προκαλείται από την τριβή μεταξύ της επιφάνειας της μπάλας και των μορίων νερού. Το μέγεθος της οπισθέλκουσας εξαρτάται από παράγοντες όπως το σχήμα, το μέγεθος, η ταχύτητα και το ιξώδες του νερού.
4. Βάρος της μπάλας (w): Αυτή είναι η δύναμη που ασκείται από την μπάλα λόγω της δικής της μάζας. Είναι ουσιαστικά το ίδιο με τη δύναμη της βαρύτητας που ενεργεί στην μπάλα.
Εδώ συνεργάζονται αυτές οι δυνάμεις:
* Όταν η μπάλα βυθίζεται, η δύναμη της βαρύτητας είναι ισχυρότερη από τη δύναμη της πλευστότητας. Αυτό σημαίνει ότι η καθαρή δύναμη που ενεργεί στην μπάλα είναι προς τα κάτω, προκαλώντας την επιτάχυνση προς τα κάτω.
* Η δύναμη οπισθέλκουσας θα αυξηθεί καθώς η ταχύτητα της μπάλας αυξάνεται. Τελικά, η δύναμη οπισθέλκουσας και η δύναμη της πλευστότητας θα εξισορροπήσουν τη δύναμη της βαρύτητας, προκαλώντας την μπάλα να φτάσει σε μια σταθερή ταχύτητα βύθισης (ταχύτητα τερματικού).
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το ακριβές μέγεθος κάθε δύναμης θα εξαρτηθεί από τις συγκεκριμένες ιδιότητες της μπάλας (όπως η μάζα, ο όγκος και το σχήμα του) και το νερό (όπως η πυκνότητα και το ιξώδες του).
