Látszólagos súly

Ha egy tárgyat mozdulatlanul tartanak a víz alatt, úgy tűnik, hogy kisebb a súlya, mint a levegőben, mert a felhajtó erő segít megtartani (kiegyensúlyozza a súlyát). Emiatt a csökkentett erő, amelyet alkalmazni kell az objektum megtartásához, látszólagos súlynak nevezhető. Ha egy mérleget használnak a vízbe merített tárgy mérésére, akkor a mérleg leolvassa a látszólagos súlyt. A testösszetétel mérésére szolgáló hidrosztatikus mérés során a látszólagos súlyt gyakran víz alatti súlynak nevezik ().

A víz alatti mérlegelésnél tudjuk, hogy a felhajtó erőnek meg kell egyeznie a súly és a látszólagos súly közötti különbséggel, mert az objektum mozdulatlan marad, ami egy statikus egyensúly néven ismert állapot . Ahhoz, hogy egy tárgy statikus egyensúlyban legyen, a rajta lévő összes erőnek kiegyensúlyozottnak kell lennie, hogy ne legyen nettó erő . Víz alatti mérés esetén a felhajtó erőnek és a mérleg által biztosított erőnek tökéletesen ki kell egyensúlyoznia a tárgy súlyát, mindaddig, amíg a tárgy mozdulatlanul áll. Nyilakkal ábrázolhatjuk az objektumon lévő erőket, és megjeleníthetjük, hogy ezek kiegyensúlyozottak vagy kiegyensúlyozatlanok. Ez a típusú diagram szabad testdiagramként (FBD) ismert. A nyilak iránya az erők irányát mutatja, a nyílhosszak pedig az erő nagyságát (nagyságát). Ebben az esetben a nyilakat vektoroknak hívjuk, és azt mondjuk, hogy az általuk képviselt erők vektormennyiségek. A hidrosztatikus mérést végző személy FBD-je így néz ki:

Egy mérlegen lógó, vízbe merült tárgy szabad testdiagramja. A súlynyíl hossza megegyezik a skála által kifejtett erő és a felhajtóerő együttes hosszával. A skála beolvassa azt a súlyt, amelyet meg kell adnia, ezért leolvassa az elmerült tárgyak látszólagos súlyát, amely kisebb, mint a tényleges súly.

Az utolsó fejezetben megtudtuk, hogy a mérleg megméri azt az erőt, amelyet más tárgyaknak adnak. A mérlegnek kevesebb helyreállító erőt kell adnia a tömeg ellensúlyozására és a statikus egyensúly fenntartására, ha a felhajtó erő is segít, ezért a skála látszólagos súlyértéket ad, amely kisebb, mint a tényleges súly.

A test tömegének és látszólagos tömegének a mérése lehetővé teszi számunkra annak sűrűségének kiszámítását, mert a látszólagos tömeg csökkenését okozó felhajtó erő különös kapcsolatban áll a test által kiszorított víz mennyiségével. Archimédész elve szerint a folyadék által nyújtott felhajtóerő megegyezik az elmozdított folyadék tömegével.

Megerősítő gyakorlatok

Élénk erő és sűrűség

A kis sűrűségű szövetek adott tömege felveszi a térfogatot a nagy sűrűségű szövetek azonos tömegéhez viszonyítva. A térfogat felvétele azt jelenti, hogy több víz kiszorul, amikor a testet víz alá merítik, így a felhajtó erő nagyobb lesz a súlyhoz képest, mint egy sűrűbb testnél. Ez viszont azt jelenti, hogy a nagyobb sűrűségű testek látszólagos súlya kisebb a tényleges tömegéhez viszonyítva. A súly és a látszólagos tömeg összehasonlításával meghatározható a test sűrűsége. Ezt a következő fejezetben fogjuk megtenni, de először jobban meg kell ismerkednünk a Bujó erővel .

Mindennapi példa

A téglából kiszorított víz súlya kisebb, mint a tégla, így a felhajtó erő nem tudja törölni a tégla súlyát, és hajlamos lesz süllyedni (bal oldali ábra). A tégla helyben tartásához meg kell adnia a fennmaradó felfelé irányuló erőt a súly kiegyensúlyozásához és a statikus egyensúly fenntartásához. Ez az erő kisebb, mint a levegőben lévő súly, így a tégla a vízben kisebb súlyúnak tűnik (jobb ábra).

Ingyenes testdiagramok a téglákhoz a vízben. A bal oldali tégla süllyed, a jobb oldali téglát te tartod a helyén.

Ha elengedi a téglát, akkor kiegyensúlyozatlan lesz, és a medence aljára süllyed. Ekkor a medence alja biztosítja a felfelé irányuló erőt a súly kiegyensúlyozásához, és a tégla ismét statikus egyensúlyban van .

A medence alján ülő tégla szabad testvázlata.

A teljes strandlabdával kiszorított víz súlya meghaladja a strandlabdát, tehát ha egyet tart a víz alatt, akkor a felhajtó erő nagyobb lesz, mint a súly. A kezed biztosítja az extra lefelé irányuló erőt az erők kiegyenlítésére és a statikus egyensúly fenntartására (bal oldali ábra). Amikor elengeded, az erők kiegyensúlyozatlanok lesznek, és a labda felfelé mozogni kezd (jobb ábra).

Szabad testdiagramok egy strandlabdáról a víz alatt. A bal oldali labdát te tartod a helyén. A jobb oldali labda felfelé fog lebegni.

A jég sűrűsége csak körülbelül 9/10-e a víz sűrűségének. A csak a jéghegy 9/10-ével kiszorított víz súlya megegyezik az egész jégheggyel. Ezért a jéghegy 1/10-nek szabadon kell maradnia ahhoz, hogy a súly és a felhajtó erők kiegyensúlyozódjanak, és a jéghegy statikus egyensúlyban legyen .

Egy jéghegy úszik, amelynek térfogatának nagyjából 9/10-e elmerül. Kép jóváírás: „Jéghegy”, készítette: Uwe Kils (jéghegy) és Felhasználó: Wiska Bodo (ég) a Wikimedia Commons-on keresztül

Megerősítő gyakorlatok

Nézze meg ezt a felhajtóerő-szimulációt, amely lehetővé teszi, hogy ellenőrizze, hogy a különböző tömegű tárgyak mennyire merülnek el, és megmutatja a kapott felhajtó erőt, az Ön által biztosított erőkkel együtt, valamint a medence alján található skálát (látszólagos súly).

Nem mindennapi példa

A tengeralattjárók a tengeralattjárón belüli tartályokból és azokból történő szivattyúzással szabályozzák, hogy mennyi vizet kiszorítanak. Ha a víz belsejében szivattyúzódik, akkor ezt a vizet nem váltja ki a rész, és ez nem számít bele a felhajtóerő növelésébe. Ezzel ellentétben, amikor a vizet kiszivattyúzzuk, a vizet most kiszorítja a rész és a felhajtó erő megnő, ami a következő videó manőverének hátterében áll:

"Archimédész-elv" MikeRun [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], a Wikimedia Commons-tól
"Jéghegy", amelyet Uwe Kils (jéghegy) és Felhasználó: Wiska Bodo (ég) készített. [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) vagy CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], a Wikimedia Commonson keresztül ↵

bármely folyadék által a benne elhelyezett testre gyakorolt felfelé irányuló erőt

az objektumra ható gravitációs erő, jellemzően a Föld vagy más égitest által okozott gravitációs erőre hivatkozva

a leolvasás olyan skálán, amelyet a folyadékba merített tárgy súlyának mérésére használnak

az élő ember testének térfogatára eső tömegének mérésére szolgáló technika. Archimédész elvének közvetlen alkalmazása, hogy egy tárgy kiszorítja saját vízmennyiségét

látszólagos súly vízbe merülve

az állapot egyensúlyban van (nincsenek kiegyensúlyozatlan erők vagy nyomatékok), és nincs mozgása

egy tárgyra fennmaradó kiegyensúlyozatlan erő teljes összege

az objektumra ható erők vizualizálására szolgáló grafikus ábra

a vektormennyiség nagysága vagy kiterjedése, iránytól függetlenül

olyan irányú és nagyságú mennyiség

olyan erő, amely hajlamos visszahelyezni a rendszert az egyensúlyi helyzet felé

az anyag mennyisége és az általa elfoglalt tér viszonya, tömegként osztva térfogattal.

kiszorítva az eredeti helyzetből, jellemzően a folyadékba helyezett tárgyak által az útból kiszorított folyadékra, vagy az egyensúlyi helyzetéből kiszorított tárgyra hivatkozva

A folyadékba merített testre gyakorolt felfelé irányuló felhajtóerő, akár teljesen, akár részben elmerülve, megegyezik a test által kiszorított folyadék tömegével

az anyag mennyiségének egy tárgyban történő mérése, amelyet úgy határoznak meg, hogy meghatározzák annak ellenállását a mozgás változásainak (tehetetlenségi tömeg), vagy egy másik ismert tömeg által ismert távolságból (gravitációs tömeg) kifejtett nehézségi erőnek. A gravitációs tömeg és az inerciatömeg egyenlőnek tűnik.

bizonyos mennyiségű hely, például egy dobozon belüli vagy egy tárgy által elfoglalt térfogat.

olyan állapot, amikor nincsenek kiegyensúlyozatlan erők vagy nyomatékok