Cara Menghitung Gaya Mengambang: 12 Langkah (dengan Foto) - Kiat

Video: Gaya ke Atas Archimedes: Cara memahami dan mengerjakan soal gaya ke atas pada kasus benda terapung

Isi

Langkah
Nasihat
Apa yang kau butuhkan

Gaya apung adalah gaya yang bekerja pada benda yang terendam fluida yang berlawanan arah dengan gravitasi. Ketika sebuah benda ditempatkan dalam fluida, berat benda akan menekan fluida (cair atau gas) sedangkan daya apung mendorong benda tersebut ke atas, berlawanan dengan arah gravitasi. Secara umum daya apung ini dapat dihitung dengan menggunakan persamaan F_b = V_S × D × g, di mana F_b adalah daya apung, V_S adalah volume bagian yang terendam, D adalah massa jenis fluida yang mengelilingi benda, dan g adalah gravitasi. Untuk mempelajari cara menentukan gaya apung suatu benda, mulailah dengan Langkah 1 di bawah ini.

Langkah

Metode 1 dari 2: Gunakan persamaan gaya mengambang

Temukan volumenya bagian objek yang terendam. Daya apung yang bekerja pada benda berkorelasi langsung dengan bagian volume benda yang tenggelam. Dengan kata lain, semakin besar wastafel benda padat, semakin kuat gaya apung yang bekerja padanya. Artinya, bahkan jika benda tersebut benar-benar terendam dalam cairan, masih ada gaya apung yang bekerja padanya. Untuk mulai menghitung gaya apung yang bekerja pada suatu benda, langkah pertama biasanya adalah menentukan volume volume yang direndam dalam fluida. Dalam persamaan gaya apung, nilai ini harus ditulis dalam m.
- Untuk benda yang benar-benar terendam fluida, volume yang terendam akan sama dengan volume benda itu sendiri. Untuk supernatan fluida, kita hanya mempertimbangkan fraksi volume di bawah permukaan fluida.
- Misalnya, kita ingin mencari gaya apung yang bekerja pada bola karet yang mengambang di air. Jika bola berbentuk bola sempurna dengan diameter 1 m dan mengapung tepat dengan setengah bagian terendam, kita dapat mengetahui volume bagian yang terendam dengan menghitung volume seluruh bola dan membaginya menjadi dua. Karena volume bola adalah (4/3) π (jari-jari), kita mendapatkan volume bola menjadi (4/3) π (0,5) = 0,524 m. 0,524 / 2 = 0,262 m tenggelam.
Temukan massa jenis fluida. Langkah selanjutnya dalam mencari gaya apung adalah menentukan massa jenis (dalam kg / m) dari zat cair di sekitarnya. Massa jenis adalah besaran yang diukur dengan rasio massa materi atau materi dengan volume yang sesuai. Dengan dua benda dengan volume yang sama, benda dengan massa jenis lebih tinggi akan lebih berat. Aturan umumnya adalah semakin tinggi densitas suatu fluida, semakin besar daya apung yang akan diberikan pada benda yang tenggelam di dalamnya. Dengan fluida, biasanya cara termudah untuk menentukan massa jenis adalah melalui referensi.
- Pada contoh di atas, bola mengapung di air. Referensi studi literatur memberi tahu kita bahwa air memiliki kepadatan tertentu 1.000 kg / m.
- Massa jenis banyak fluida umum diberikan dalam literatur teknis. Anda dapat menemukan daftarnya di sini.
Temukan gaya gravitasi (atau gaya lain ke arah bawah). Apakah sebuah benda tenggelam atau mengapung dalam fluida, ia selalu berada di bawah gaya gravitasi. Nyatanya, konstanta gaya ke bawah ini kira-kira 9,81 Newton / kilogram. Namun, dalam kasus di mana ada gaya lain yang bekerja pada fluida dan benda yang tenggelam di dalamnya seperti gaya radial, kita juga harus mempertimbangkan gaya ini saat menghitung total gaya "ke bawah" untuk keseluruhan sistem.
- Dalam contoh di atas, jika kita memiliki sistem statis normal maka dapat diasumsikan bahwa satu-satunya gaya ke bawah yang bekerja pada fluida dan benda adalah gravitasi standar - 9,81 Newton / kilogram.
Kalikan volume dengan massa jenis dan gravitasi. Jika Anda memiliki nilai untuk volume benda (dalam m), kepadatan fluida (dalam kg / m), dan gravitasi (atau gaya ke bawah dari sistem Newton / Kilogram), mencari gaya mengambang menjadi mudah. . Cukup tiga kali lipat ini untuk menemukan gaya mengambang di Newton.
- Selesaikan contoh soal dengan memasukkan nilai-nilai ke dalam persamaan F_b = V_S × D × g. F_b = 0,262 m × 1.000 kg / m × 9,81 N / kg = 2.570 Newton. Satuan lainnya akan memusnahkan satu sama lain, hanya menyisakan satuan Newton.
Tentukan apakah benda tersebut mengambang atau tidak dengan membandingkan dengan gravitasi. Menggunakan persamaan gaya apung, Anda akan dengan mudah menemukan gaya yang mendorong benda keluar dari cairan. Namun, Anda juga dapat menentukan apakah bahan mengapung atau tenggelam dalam fluida jika Anda mengambil satu langkah ekstra. Temukan gaya apung yang bekerja pada seluruh benda (yaitu, gunakan seluruh volume benda V_S), kemudian temukan gaya berat yang menarik benda tersebut dengan persamaan G = (massa benda) (9,81 m / s). Jika gaya apung lebih besar dari gravitasi maka benda akan mengapung. Sebaliknya, jika gaya gravitasi lebih besar maka benda tersebut akan tenggelam. Jika kedua gaya ini sama maka kita mengatakan hal itu tergantung.
- Benda yang tersuspensi tidak akan mengapung di atas air atau tenggelam ke dasar saat berada di air. Ini akan tersuspensi dalam cairan antara permukaan dan bawah.
- Sebagai contoh, misalkan kita ingin mengetahui apakah peti kayu berbentuk silinder berukuran 20 kg dengan diameter 0,75 meter dan tinggi 1,25 meter dapat mengapung di air. Kami harus melakukan beberapa langkah untuk masalah ini:
  - Cara pertama mencari volume dengan menggunakan rumus volume silinder V = π (jari-jari) (tinggi). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 m.
  - Selanjutnya, dengan asumsi kita mengetahui gravitasi standar dan massa jenis air, kita mencari gaya apung yang bekerja pada laras. 0,55 m × 1000 kg / m × 9,81 N / kg = 5.395,5 Newton.
  - Sekarang kita harus menemukan gaya gravitasi yang bekerja pada peti kayu. G = (20 kg) (9,81 m / s) = 196,2 Newton. Hasil ini jauh lebih kecil dari gaya apung, sehingga laras akan mengapung.
Gunakan perhitungan yang sama jika fluida adalah gas. Saat menyelesaikan masalah apung, jangan lupa bahwa fluida tidak harus berupa cairan. Gas juga dikenal sebagai fluida, meskipun memiliki massa jenis yang sangat kecil dibandingkan jenis materi lainnya, dan gas masih dapat mengusir beberapa benda mengambang di dalamnya. Gelembung helium adalah buktinya. Karena helium dalam gelembung lebih ringan daripada fluida di sekitarnya (udara), gelembung itu akan terbang! iklan

Metode 2 dari 2: Lakukan eksperimen sederhana pada gaya mengambang

Tempatkan mangkuk kecil di mangkuk yang lebih besar. Dengan hanya beberapa benda di dalam rumah, Anda akan dengan mudah melihat efek apung dalam praktiknya. Pada percobaan ini ditunjukkan bahwa ketika suatu benda terendam akan mengalami pengaruh gaya apung, karena benda tersebut menggantikan jumlah fluida yang sama dengan volume benda yang terendam. Dalam proses melakukan percobaan kami juga menunjukkan cara mencari gaya apung benda dalam praktiknya. Pertama, Anda menempatkan wadah kecil tanpa tutup, seperti mangkuk atau cangkir, dalam wadah yang lebih besar seperti mangkuk besar atau ember berisi air.
Isi wadah kecil tepi-ke-tepi dengan air. Anda harus menuangkan air ke tepi tanpa menumpahkannya. Berhati-hatilah pada langkah ini! Jika Anda membiarkan air meluap, Anda harus mengosongkan wadah besar sepenuhnya dan memulai kembali.
- Untuk percobaan ini, diasumsikan air memiliki massa jenis 1000 kg / m. Kecuali jika Anda menggunakan air garam atau cairan yang sama sekali berbeda, kebanyakan air memiliki kepadatan yang mendekati nilai referensi ini sehingga hasilnya tidak akan terpengaruh.
- Jika Anda memiliki pipet, Anda dapat menggunakannya untuk meneteskan air ke dalam wadah bagian dalam sehingga ketinggian air mencapai tepi.
Benamkan benda kecil. Selanjutnya, cari benda yang bisa muat dengan nyaman di wadah kecil tanpa kerusakan air. Temukan berat benda ini dalam kilogram (Anda harus menggunakan skala untuk pembacaan dalam gram dan kemudian mengubahnya menjadi kilogram). Kemudian tekan benda secara perlahan ke dalam air tanpa membasahi jari Anda sampai mulai mengapung atau Anda hampir tidak bisa memegangnya, lalu lepaskan benda tersebut. Anda akan melihat air tumpah dari tepi wadah bagian dalam ke wadah luar.
- Untuk contoh ini, misalkan kita menekan sebuah mobil mainan seberat 0,05 kg ke dalam wadah dalamnya. Kita tidak perlu mengetahui volume mobil untuk menghitung daya apung, seperti yang akan kita ketahui pada langkah selanjutnya.
Kumpulkan dan ukur luapan air. Saat Anda menekan suatu benda ke dalam air, benda tersebut menggantikan air - jika tidak, tidak ada ruang bagi Anda untuk merendamnya di dalam air. Saat mendorong air keluar dari jalur, air menolak dan menciptakan daya apung. Kumpulkan air yang tumpah dari wadah bagian dalam dan tuangkan ke dalam gelas ukur kecil. Volume air di dalam cangkir harus sama dengan volume benda yang terendam.
- Dengan kata lain, jika benda mengapung maka volume air yang meluap akan sama dengan volume benda yang terendam di bawah permukaan air. Jika benda terendam maka volume air yang meluap akan sama dengan volume seluruh benda.
Hitung jumlah air yang tumpah. Karena Anda mengetahui massa jenis air dan dapat mengukur volume air yang meluap dalam gelas ukur, Anda akan menghitung volume air. Ubah volume ke m (pengonversi satuan daring seperti ini dapat membantu di sini) dan mengalikannya dengan massa jenis air (1.000 kg / m).
- Dalam contoh di atas, asumsikan mobil mainan terendam dalam wadah dalamnya dan menempati sekitar 2 sendok makan (0,00003 m) air. Untuk mencari massa air, kalikan dengan massa jenis: 1.000 kg / m × 0,00003 m = 0,03 kg.
Bandingkan volume air yang dipindahkan dan massa benda. Sekarang setelah Anda mengetahui massa air terendam dan air yang dipindahkan, bandingkan kedua nilai ini. Jika massa benda lebih besar dari volume air yang dipindahkan, benda tersebut akan tenggelam. Sebaliknya, jika volume air yang dipindahkan lebih besar maka benda tersebut akan mengapung. Ini adalah prinsip gaya apung dalam praktiknya - untuk benda terapung ia harus memindahkan massa air yang lebih besar dari massa benda itu sendiri.
- Karenanya, objek yang ringan tetapi volumenya besar adalah objek mengambang terbaik. Properti ini menunjukkan bahwa benda berlubang dapat mengapung dengan sangat baik. Mari kita lihat kano - kano itu mengapung dengan baik karena berlubang di dalamnya, sehingga bisa memakan banyak air tetapi massanya tidak terlalu berat. Jika kano di dalamnya tebal, kano tidak akan bisa mengapung dengan baik.
- Dalam contoh di atas, kendaraan dengan massa 0,05 kg lebih besar dari volume air yang dipindahkan sebesar 0,03 kg. Ini sejalan dengan apa yang kami amati: mobil telah tenggelam.
iklan