ของเหลวและกฎของนิวตัน
| English | ไทย |
|---|---|
| buoyant force/ˈbɔɪənt fɔːs/ | แรงลอยตัว |
เรือเหล็กลอยได้ แต่ตะปูเหล็กจม
- ทิ้งตะปูเหล็กลงในน้ำมันจะจมทันที แต่เรือที่ทำจากเหล็กนับพันตัน却能ลอยได้
- เรือชนะด้วยการผลักน้ำออกจำนวนมากพอที่จะรองรับน้ำหนักตัวเองไว้ได้
- แรงดันขึ้นจากของไหลคือ แรงลอยตัว
- มัน遵循阿基米德发现的简单美丽规则
หลักการของอาร์คิมิดีส
- แรงลอยตัว เท่ากับ น้ำหนักของของไหลที่ถูกแทนที่: $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$
- มันมาจากความดันที่ด้านล่างของวัตถุมากกว่าด้านบน
- $V$ คือปริมาตรที่จมน้ำ, และ $\rho_{\text{fluid}}$ คือความหนาแน่นของของไหล
- ดันของไหลออกมาเยอะขึ้น หรือใช้ของไหลที่มีความหนาแน่นสูงขึ้น คุณจะได้แรงดันขึ้นที่ใหญ่ขึ้น
ก้อนปริมาตร $0.002\ \text{m}^3$ จมอยู่ในน้ำ ($\rho = 1000\ \tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$) แรงลอยตัวคือเท่าไหร่ ในหน่วย $\text{N}$?
$F_b = \rho V g = 1000 \times 0.002 \times 10 = 20\ \text{N}$.
หลักการของอาร์คิมิดีสบอกว่าแรงลอยตัวเท่ากับ:
$F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ — น้ำหนักของของเหลวที่วัตถุดันออกด้านข้าง
ลอยหรือจม? เปรียบเทียบแรง
- เปรียบเทียบแรงลอยตัว (ขึ้น) กับน้ำหนักของวัตถุ (ลง) — เป็นสมดุลตามกฎนิวตัน
- ถ้าแรงลอยตัวสามารถเท่ากับน้ำหนักได้ วัตถุจะ ลอย; ถ้าไม่ จะ จม
- หรืออีกนัยหนึ่ง เปรียบเทียบความหนาแน่น: น้อยกว่าของไหล ⇒ ลอย; มากกว่า ⇒ จม
- เรือลอยได้เพราะความหนาแน่นโดยรวม (เฉลี่ย) ของเรือ包括 hull และ air นั้นต่ำ
มันจะลอยขึ้นหรือไม่?
เปรียบเทียบความหนาแน่นของวัตถุกับความหนาแน่นของของเหลวเพื่อดูว่าแรงลอยตัวจะตัดสินใจให้ลอยหรือจมอย่างไร
วัตถุจะลอยอยู่ในของเหลวเมื่อวัตถุนั้นมี:
ความหนาแน่นน้อยกว่าของเหลว ⇒ แรงลอยตัวสามารถพยุงน้ำหนักได้ ⇒ มันจึงลอย
เรือเหล็กลอยได้เพราะความหนาแน่นเฉลี่ยรวมทั้งหมด (เหล็กบวกอากาศ) น้อยกว่าน้ำ
ลำตัวกลวงกักเก็บอากาศ ทำให้ความหนาแน่นเฉลี่ยของเรือน้อยกว่าน้ำ
เลือก ทุก สิ่งที่เพิ่มแรงลอยตัวต่อวัตถุที่จมน้ำทั้งหมด
$F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ เพิ่มขึ้นตามปริมาตร ความหนาแน่นของของเหลว และ $g$ สีไม่มีผล
ทำไมถึงรู้สึกเบาลงเมื่ออยู่ใต้น้ำ
- ยกหินใต้น้ำแล้วมันรู้สึกเบาลง — เพราะแรงลอยตัวช่วยคุณ
- น้ำหนัก aparent ของมันคือน้ำหนักจริงลบด้วยแรงลอยตัว
- เมื่อถูกจุ่มน้ำทั้งหมด วัตถุที่มีความหนาแน่นมากกว่าน้ำยังคงจมลง แต่มีน้ำหนักปรากฏที่ลดลง
- แรงลอยตัวคือกฎของนิวตันที่ถูกนำไปใช้กับความดันของของไหลรอบข้าง
น้ำหนักปรากฏของวัตถุที่จมน้ำคือน้ำหนักจริงลบด้วยแรง ____
น้ำหนักปรากฏ $=$ น้ำหนักจริง $-$ แรงลอยตัว ดังนั้นสิ่งของจึงรู้สึกเบาลงใต้ผิวน้ำ
แรงลอยตัวขึ้นอยู่กับ ปริมาตรของของไหลที่ถูกแทนที่ และ ความหนาแน่นของของไหล — ไม่ใช่ ความหนาแน่นหรือน้ำหนักของวัตถุนั้นๆ โดยตรง การลอยตัวหรือจมลงถูกกำหนดโดยการเปรียบเทียบแรงลอยตัวกับน้ำหนัก (หรือความหนาแน่นของวัตถุกับความหนาแน่นของของไหล)
บล็อคที่มีปริมาตร $0.002\ \text{m}^3$ ถูกจุ่มน้ำทั้งหมดในน้ำ ($\rho = 1000\ \tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$)
- $F_b = \rho V g = 1000 \times 0.002 \times 10 = 20\ \text{N}$.
หากบล็อคมีน้ำหนักมากกว่า $20\ \text{N}$ มันจะจมลง; หากน้อยกว่า มันจะลอยขึ้นและลอยน้ำ
แรงลอยตัว มีค่าเท่ากับน้ำหนักของของไหลที่ถูกแทนที่: $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ (หลักของอาร์คิมิดีส) วัตถุจะ ลอยตัว ได้หากแรงนี้สามารถสมดุลกับน้ำหนักได้ — หรือเทียบเท่ากับการที่มันมีความหนาแน่น ต่ำกว่า ของไหล — และจะ จมลง หากไม่เป็นเช่นนั้น วัตถุใต้ผิวน้ำจะมี น้ำหนักปรากฏ ที่ลดลง