فرمول نیروی شناوری فیزیک دهم

1 ) نیروی شناوری

یکی از مباحث پایانی فصل دوم فیزیک دهم ، نیروی شناوری است و سعی می کنم که نیروی شناوری رو با یک مثال ساده توضیح بدم. هر جسمی که داخل یک مایع مثلا آب بشه به اندازه وزن حجم مایع جابجا شده سبک میشه ، یا به یک تعبیر دیگه به اندازه وزن مایع جابجا شده به جسم ما نیرویی رو به بالا موسوم به نیروی شناوری وارد میشه ، فرمول نیروی شناوری از رابطه زیر بدست می آید…

2) شناور ماندن یا غرق شدن اجسام جامد

اگر یک جسم جامد مثل یک سکه ی فلزی یا یک ظرف پلاستیکی رو داخل آب بیاندازیم چه اتفاقی میوفته ؟ قطعا همه تجربه این قضیه رو داشتیم و میدونیم که سکه به ته ظرف میره و قطعه چون روی سطح آب معلق می مونه ، دلیل این قضیه این هست که چگالی فلز از چگالی آب بیشتره و به ته ظرف میره و چگالی چوب از چگالی آب کمتره و به صورت معلق روی آب شناور باقی میمونه ، حالا اگه چگالی جسمی دقیقا با یک مایع برابر باشه در هر سطحی از مایع میتونه بصورت معلق باقی بمونه ، در حالتی مثل چوب که روی آب باقی میمونه ، عاملی که باعث میشه تا چوب روی سطح آب معلق بمونه ، نیروی شناوری هستش که دقیقا وزن جسم رو خنثی میکنه و سبب معلق بودن جسم می شود.

✍ چگالی جسم > چگالی مایع ⇐ جسم به انتهای ظرف می رود.
✍ چگالی جسم = چگالی مایع ⇐ جسم بصورت معلق درون هر نقطه ای از مایع می ماند.
✍ چگالی جسم < چگالی مایع ⇐ جسم در روی سطح مایع به علت نیروی شناوری معلق می ماند.

مثال ) جسمی به جرم 4 کیلوگرم و چگالی 4000kg/m³ را به نیروسنجی وصل کرده و آن را درون مایعی وارد می کنیم. با فرض این که نیروسنج عدد 27.5N را نشان دهد ، چگالی مایع را بدست آورید؟ ( g=10N/kg )

جواب ) وزن جسم براحتی با توجه به فرمول W = mg قابل محاسبه است که می شود W = 4 × 10 = 40N حال کافی است که اختلاف وزن جسم قبل و بعد از ورود به مایع را محاسبه کنیم که همان نیروی شناوری است.

F_b = 40 – 27.5 = 12.5 N

با توجه به اینکه در سوال گفته شده که جسم را درون مایع وارد می کنیم پس براحتی می توان نتیجه گرفت که حجم مایع جابجا شده همان حجم جسم است ، پس داریم…

V = m / ρ = 4 / 4000 = .001

و اما قدم آخر محاسبه چگالی مایع :

F_b = ρ V g ⇒ 12.5 = ρ × .001 × 10 ⇒ ρ = 1250