Ποια δύναμη απαιτείται για να συγκρατήσει την μπάλα κάτω από την επιφάνεια του νερού μιας πισίνας;

Δείτε πώς μπορείτε να προσδιορίσετε τη δύναμη που απαιτείται για να κρατήσετε μια μπάλα υποβρύχια σε μια πισίνα:

Κατανόηση των δυνάμεων

* Πλευρία: Όταν ένα αντικείμενο είναι βυθισμένο σε ένα υγρό (όπως το νερό), βιώνει μια ανοδική δύναμη που ονομάζεται πλευστότητα. Αυτή η δύναμη είναι ίση με το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται από το αντικείμενο.

* βαρύτητα: Η μπάλα τραβιέται προς τα κάτω από τη βαρύτητα, η οποία είναι ίση με το βάρος της.

Υπολογισμός δύναμης

1. Υπολογίστε τη δύναμη πνεύμονα:

* Όγκος της μπάλας: Υπολογίστε τον όγκο της μπάλας χρησιμοποιώντας τον τύπο για τον όγκο μιας σφαίρας:(4/3) πρ, όπου το «r» είναι η ακτίνα της μπάλας.

* Πυκνότητα νερού: Η πυκνότητα του νερού είναι περίπου 1000 kg/m³.

* Δύναμη πυκνότητας =όγκος σφαίρας * Πυκνότητα νερού * Επιτάχυνση λόγω βαρύτητας (G =9,8 m/s²)

2. Υπολογίστε το βάρος της μπάλας:

* Μάζα της μπάλας: Βρείτε τη μάζα της μπάλας (συνήθως δίνεται στο πρόβλημα).

* βάρος =μάζα μπάλας * επιτάχυνση λόγω βαρύτητας (g =9,8 m/s2)

3. Απαιτείται δύναμη:

* Η δύναμη που απαιτείται για να συγκρατήσει την μπάλα υποβρύχια είναι η διαφορά μεταξύ του βάρους της μπάλας και της φουσκωμένης δύναμης.

Παράδειγμα

Ας πούμε ότι έχετε μια μπάλα με:

* ακτίνα: 0,1 μέτρα (10 cm)

* μάζα: 0,5 kg

1. Δύναμη:

* όγκος μπάλας: (4/3) π (0,1 m) ³ ≈ 0,00419 m³

* Δύναμη πνεύμονας: (0,00419 m³) * (1000 kg/m³) * (9,8 m/s²) ≈ 41,1 N (Newtons)

2. βάρος της μπάλας:

* βάρος: (0,5 kg) * (9,8 m/s²) ≈ 4,9 n

3. Απαιτείται δύναμη:

* Απαιτείται δύναμη: 4.9 N (βάρος) - 41,1 N (δύναμη φουσκωτής) =-36,2 n

αποτέλεσμα: Η δύναμη που απαιτείται για να κρατήσει την μπάλα υποβρύχια είναι -36.2 Ν. Το αρνητικό σύμβολο υποδεικνύει ότι πρέπει να εφαρμόσετε μια ανοδική δύναμη για να εξουδετερώσετε την πλευστότητα και να διατηρήσετε την μπάλα βυθισμένη.

Σημαντική σημείωση: Εάν η δύναμη φουσκωτής είναι μεγαλύτερη από το βάρος της μπάλας, η μπάλα θα επιπλέει στην επιφάνεια.