Problema de flotabilidad en tercer grado de secundaria
1. Definición: Según la causa de la flotabilidad, flotabilidad F flotación = F hacia arriba - F hacia abajo diferencia de presión en la superficie, generalmente se usa para líquidos con profundidad conocida y regular. objeto.
Ejemplo 1 Un bloque de hierro cúbico con una longitud lateral de 0,2 m se sumerge en agua y su superficie superior está a 0,1 m de la superficie del agua. ¿Cuál es la fuerza de flotación del agua sobre él? (g = 10N/kg)
Análisis y solución: La causa de la flotabilidad es la diferencia en la presión hacia arriba y hacia abajo del líquido sobre el objeto: es decir, F flotar = G arriba-F? Hacia abajo, donde la dirección F es la presión ascendente del líquido en la superficie inferior del objeto, que es igual al producto de la presión ascendente del líquido en la superficie inferior del objeto y el área de la base del cubo. s, es decir, dirección F = dirección P? s.F hacia abajo es la presión hacia abajo del líquido sobre la superficie superior del objeto, que es igual al producto de la presión hacia abajo del líquido sobre la superficie superior del objeto y el área de la superficie superior del cubo, es decir, F hacia abajo = P hacia abajo? s. Supongamos que la longitud del lado de un cubo es de 0,2 m, entonces el área de sus superficies superior e inferior es s = 0,2 m × 0,2 m = 0,04 m2.
Se puede ver en p. = ρ gh: p hacia arriba = ρ agua gh superficie inferior, donde profundidad de la superficie inferior: h superficie inferior = 0,1 m 0,2 m = 0,3 m.
p abajo = ρ agua gh superficie superior, donde profundidad de la superficie superior h superficie superior = =0,1m.
Coloque los datos anteriores en f float = g up-f? Puedes encontrar flotabilidad hacia abajo.
Solución: f float = f arriba-f? Abajo = p arriba s-p abajo? S = (p arriba - p abajo)? S = rho agua g? S(h superficie inferior - H superficie superior) = 1,0×103kg/m3×10n/kg×(0,2m)2×(0,1m 0,2m-0,1m)= 80n.
Respuesta correcta: La fuerza de flotación del agua sobre el cubo es de 80 N.
2. Método de la fórmula: Aplicar la fórmula del principio de Arquímedes. Vale la pena señalar que V en la fórmula es el volumen de un objeto rodeado o sumergido en un líquido. Cuando el objeto está sumergido en el líquido, fila V = objeto V, cuando el objeto está parcialmente sumergido en el líquido, fila V
Ejemplo 2. Sumerja la bola de madera A, la bola de plástico B y la bola de cobre C del mismo volumen en agua como se muestra en la imagen, luego ().
A. La bola a tiene la mayor flotabilidad, B. La bola B tiene la mayor flotabilidad.
C.C. La pelota tiene la menor flotabilidad. Las tres bolas tienen la misma flotabilidad.
Análisis y solución: Según el principio de Arquímedes, F flotador = ρ líquido gV expresión de desplazamiento muestra que el tamaño de la fuerza de flotación F flotador sólo está relacionado con la densidad del líquido ρ y el volumen de líquido V desplazado por el líquido y la fila del objeto relacionados.
Según el significado de la pregunta: A, B y C tienen el mismo volumen y están todos sumergidos en agua, es decir, el ρ líquido y la fila V son iguales.
Respuesta: La opción correcta es d.
Ejemplo 3. ¿Cuál es la flotabilidad de un objeto con un volumen de 50 cm3 sumergido en agua? Si este objeto está medio sumergido en queroseno, ¿cuál es su flotabilidad? (ρqueroseno=0,8×103kg/m3, g es 10N/kg).
Solución analítica: (1) Cuando el objeto está sumergido en agua, línea V = objeto V = 50× 10-6m3.
f flotador = ρ agua gV descarga = 1,0×103kg/m3×10n/kg×50×10-6 m3 = 0,5n.
(2) La mitad del objeto está sumergida en queroseno: V fila' = V objeto = 25× 10-6m3.
f flotador' = ρqueroseno gV fila' = 0,8×103kg/m3×10n/kg×25×10-6 m3 = 0,2n.
Respuesta: Cuando el objeto está sumergido en agua, la fuerza de flotación es de 0,5 n; cuando el objeto está medio sumergido en queroseno, la fuerza de flotación es de 0,2 N.
3. Método de equilibrio: Mientras un objeto esté en reposo o moviéndose en línea recta a velocidad constante en un líquido o gas, según la relación entre movimiento y fuerza, si solo se ve afectado. por gravedad o flotabilidad, entonces debe haber una fuerza de flotabilidad igual a la gravedad.
Por ejemplo, un objeto flota sobre la superficie de un líquido, está suspendido en un líquido o se mueve en línea recta con velocidad uniforme.
Ejemplo 4. Un bloque de plástico con una masa de 200 g se coloca en el agua. Cuando está en reposo, la mitad del bloque de plástico queda expuesta al agua. (g = 10N/kg)
Preguntas: (1) ¿Cuál es la flotabilidad del bloque de plástico en el agua? (2) ¿Cuál es el volumen y la densidad del bloque de plástico?
Solución: (1)∵El bloque de plástico flota en el agua.
∴A partir de las condiciones de flotación, podemos conocer la flotabilidad del bloque de plástico.
f flotador = g plástico = m plástico g = 200×10-3kg×10n/kg = 2n.
(2) Porque la mitad del bloque de plástico está sumergido en agua, es decir, V fila = V plástico.
So f flotador = ρ gV agua descargada
2n = 1.0×103kg/m3×10n/kg×V plástico
v plástico = 4× 10 -4m3 = 400cm3.
ρ plástico = =0,5g/cm3
Ejemplo 5: Un objeto con un peso de 10N y un volumen de 0,8dm3 se sumerge en agua. Si solo se ve afectado por la flotabilidad y la gravedad, entonces pregunte: ¿Este objeto está flotando, hundiéndose o suspendido? (g = 10N/kg)
Solución analítica: Dado que el objeto está sumergido en agua, V fila = V objeto = 0,8× 10-3m3.
Entonces F flotador = ρ agua gV descarga = 1.0×103kg/m3×10n/kg×0.8×10-3 m3 = 8n.
A causa de 8n
el objeto se hundirá en el agua.
Ejemplo 6. Dibuje un diagrama esquemático del análisis de fuerzas del objeto A. (A está todo en el agua)
Análisis y solución: En la figura (A), el objeto A está sujeto a tres fuerzas en el dirección vertical, entre las cuales la gravedad G es vertical hacia abajo, las dos fuerzas de tensión F y flotabilidad F son verticalmente hacia arriba, como se muestra en la figura. En la Figura B, el objeto A flota dependiendo de la fuerza de flotabilidad vertical hacia arriba F, la fuerza de gravedad vertical hacia abajo G y la fuerza de tensión de la cuerda F, como se muestra en la imagen. En la Figura C, la fuerza de flotación vertical hacia arriba F del objeto A flota, y la fuerza de gravedad vertical hacia abajo G y B ejercen una presión vertical hacia abajo FB sobre A como se muestra en la figura.
Ejemplo 7: Mientras un trozo de madera todavía está en el agua, se expone al agua un volumen de 13,5cm3. Si se coloca un bloque de metal con un volumen de 5 cm sobre un bloque de madera, el bloque de madera quedará completamente sumergido en el agua. ¿Cuál es la densidad de este bloque de metal?
Análisis: Este es un problema de flotabilidad bajo dos estados diferentes. Los pasos del análisis son los siguientes:
(1) Determinar el bloque de madera como objeto de investigación. El primer estado es que el bloque de madera flota en el agua, y el segundo estado es que el bloque de madera está sumergido en el agua, y el bloque de metal y el bloque de madera flotan en el agua en su conjunto.
(2) Analice la tensión sobre el bloque de madera y dibuje un diagrama de tensión.
(3) De acuerdo con el principio de equilibrio de fuerzas, resuelva el sistema de ecuaciones:
En la Figura A: F flotador = G madera... ............................(1)
En la Figura B: F flotador' = G madera G oro... .............................................. ..(2)
(2) Fórmula-(1): F flotador'-F flotador = G oro
Después de sustituir en la fórmula, obtenemos: ρ agua gV madera -ρ agua g(V madera-V rocío)= ρgVgVg.
ρ agua v rocío = ρ oro v oro
ρ oro = V rocío? ρ agua/V oro = 13,5×1,0×103kg/5 m3 = 2,7×103kg/m3.
Respuesta: La densidad del bloque de metal es 2,7×103kg/m3.
Solución 2:
El aumento de flotabilidad del bloque de madera es igual al peso del bloque de metal, es decir, δF float = g oro,
Ponga la fórmula: ρagua G δ V fila = ρ oro gV oro
Donde δV fila = = 13,5 cm3, (igual al volumen del bloque de madera sobre el agua cuando no se coloca ningún bloque de metal). Después de sustituir los datos: 1,0g/cm3× 13,5cm = ρ Oro×5cm3.
ρoro = 2,7g/cm3 = 2,7× 103kg/m3.
4. Método de diferencia de indicadores: un objeto está suspendido bajo una balanza de resorte en el aire y el indicador de la balanza de resorte es F1. Si el puntero de la balanza de resorte es F2 cuando el objeto está sumergido en el líquido, la fuerza de flotación del objeto cuando está sumergido en el líquido es F1-F2.
Ejemplo 8. Hay un bloque de hierro colgado debajo de la balanza de resorte. Cuando el bloque de hierro está en reposo, el puntero de la balanza de resorte es 4N. Cuando el bloque de hierro está medio sumergido en agua, el puntero de la balanza de resorte es de 3,5 N y la flotabilidad del bloque de hierro es _ _ _ _ _ _ _ _ n.
Solución: f flotación = g hierro - f tracción = 4n-3,5n = 0,5n.
Respuesta correcta: La fuerza de flotación es de 0,5 N.
Análisis de puntos de prueba: esta pregunta es una pregunta común sobre la flotabilidad. Dado el peso de un objeto en el aire y el objeto está sumergido en líquido, la balanza de resorte representa el valor de la fuerza de tracción F, por lo que puedes usar F-float = G-iron-F-pull para encontrar la fuerza de flotabilidad. Este es el equilibrio de tres fuerzas en la misma línea recta.
1. Rellena los espacios en blanco
1. Cuelga un objeto debajo de la balanza de resorte. El puntero es de 1,96 N si se sumerge en agua y el puntero de la balanza de resorte es. 1.47N, entonces el volumen del objeto es _ _ _ _ _ _ _ _ m3, la densidad del objeto es _ _ _ _ _ _ _ _ kg.
2. Los bloques de madera y los bloques de hielo de igual masa flotan en el agua (ρ madera = 0,6 × 103 kg/m3, ρ hielo = 0,9 × 103/m3), luego la flotabilidad del bloque de madera _ _ _ _ _ _ _ _ _La flotabilidad del cubo de hielo, el volumen de agua hirviendo desplazada por el bloque de madera_ _ _ _ _ _ _ _ (escriba "mayor que", "igual a" o "menor que")
3. Cuando un objeto se sumerge en agua, el puntero de la balanza de resorte es 4/5 del puntero cuando se pesa en el aire, entonces la densidad del objeto es _ _ _ _ _ _ _ _ _kg/m3.
4. Cuelga un objeto con una densidad de 3×103kg/m3 debajo de la balanza de resorte. Cuando el objeto se sumerge en agua, el puntero de la balanza de resorte es 98 N. Cuando el objeto se sumerge en otro líquido, el puntero de la balanza de resorte es 58,8 N. Encuentre la densidad de este líquido como _ _ _ _ _ _ _. _kg/m3.
5. Si se sumerge un bloque de hierro en mercurio, cuando está en reposo, ¿el volumen de mercurio desplazado es _ _ _ _ _ _ de su volumen total?
(ρhierro = 7,9× 103kg/m3, ρmercurio = 13,6× 103/m3)
6. en reposo son las 10N. A medida que el objeto se sumerge gradualmente en agua, el indicador de una balanza de resorte será _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _. Si el objeto está medio sumergido en agua, el puntero de la balanza de resorte será 6N y la flotabilidad del objeto en este momento será _ _ _ _ _ _ _ _ n.
7. Cuando un objeto que pesa 10 N flota en el agua, la fuerza de flotación es _ _ _ _ _ _ n. Cuando el objeto está estacionario, la fuerza de flotación es 14 N y la presión f = _ _ _. _ _ _ n.
8. Un cubo con una longitud de lado de 0,2 m tiene un volumen de _ _ _ _ _ _ _ _ m3, y el área de superficie de cada cuadrado del cubo es _ _ _ _ _. _ _m2.
Si el cubo se sumerge en agua, como se muestra en la figura, la presión hacia abajo sobre su superficie superior es de 20 N, entonces la presión sobre su superficie superior es _ _ _ _ _ _ _. La fuerza de flotación ejercida por el agua sobre el bloque es _ _ _ _ _ _ _ _ n.
2. Preguntas de verdadero o falso
(1) Los objetos tienen flotabilidad en el agua, pero no en el alcohol ()
(2) Los objetos también tienen flotabilidad en aire Afectado por la flotabilidad ()
(3) Cuando la piedra se hunde en el agua, no se ve afectada por la flotabilidad ()
(4) Pon piedras grandes y pequeños trozos de madera en él al mismo tiempo En el agua, la flotabilidad de las piedras es mayor que la de la madera ()
(5) El mismo bloque de hierro tiene la misma flotabilidad cuando se sumerge en agua y queroseno ()
(6) Medio sumergido La flotabilidad de un bloque de hierro en agua es menor que cuando está completamente sumergido en agua ()
Tres. Preguntas de cálculo
1. La masa de una pieza de hierro es 158 g, entonces:
(1) ¿Cuál es el volumen del hierro? (ρhierro = =7.9g/cm3)
(2) Cuando todos los bloques de hierro se sumergen en agua, ¿cuál es la flotabilidad del agua? (g = 10N/kg)
2. El volumen de un trozo de madera es de 150cm3. Flota en queroseno y 3/5 de su volumen se sumergen en queroseno cuando está en reposo.
(g = 10N/kg, la densidad del queroseno es 0,8×103kg/m3).
Pregunta: (1) ¿Cuál es la flotabilidad de la madera?
(2)¿La gravedad de la masa terrestre?
(3) ¿Cuál es la densidad de los bloques?
(4) ¿Cuánta fuerza de flotación soportará el bloque de madera si se sumerge completamente en queroseno?
(5) ¿Cuál es la presión mínima necesaria para sumergir completamente el bloque de madera en queroseno?
Respuestas del examen
1. Completa los espacios en blanco
1.0.5× 10-4, 4× 103 2. Igual a igual a.
3.5×103 4.1.8×103
5.79：136 6. Más pequeño, 4
7.10, 4 8.8×10-3, 4×10 - 2, 500, 5×10-2, 2500, 100, 80
(1)×(2)√(3)×(4)√(5)×(6)√
Tres. Problemas de cálculo
1. Solución: (1)V Fe = = 20cm3.
(2) Todos los bloques de hierro se sumergen en agua: V fila = V hierro = 20× 10-6m3.
f flotador = ρ agua gV descarga = 1×103kg/m3×10n/kg×20×10-6 m3 = 0,2n.
2. Solución: (1) V hilera = V madera = 150× 10-6m3×
f flotador = ρ queroseno gV hilera = 0,8×103kg/m3×10n/kg ×150×10-6 m3×0,72n.
(2) Debido a que el objeto está flotando, G = F float = =0.72N.
③ρ madera = 0,48× 103kg/m3.
(4) Remoje todos los bloques de madera en queroseno (V fila' = V madera = 150× 10-6m3)
f float' = ρ queroseno gV fila' = 0,8× 103kg/m3×10n/kg×150×10-6 m3 = 1,2n.
(5) Bajo la acción de la presión F, cuando todos los bloques de madera están sumergidos en queroseno,
F g madera = f flota
F = F flotador -G madera = ρqueroseno gV fila' -G madera
Inmersión completa
∴V fila' = V madera = 150× 10-6m3
Según (2), g madera = =0,72N.
∴f=0.8×103kg/m3×10n/kg×150×10-6-0.72
=1.2-0.72
= 0.48 Newton
= 0,48 Newton
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