Cara Menghitung Dorongan: 12 Langkah (dengan Gambar) - Kiat

Video: Menghitung Usaha dari Gaya dan Jarak. Soal UN SMP IPA Fisika

Isi

Langkah
Tips
Bahan yang dibutuhkan

Dorongan adalah gaya yang bekerja berlawanan arah dengan arah gravitasi yang mempengaruhi semua benda yang tenggelam dalam fluida. Ketika suatu benda ditempatkan dalam suatu fluida, beratnya mendorong fluida (cair atau gas), sedangkan gaya apung mendorong benda tersebut ke atas, bertindak melawan gravitasi. Secara umum, gaya ini dapat dihitung menggunakan persamaan F_B = V_s × D × g, dimana F_B adalah gaya apung, V_s adalah volume terendam, D adalah massa jenis fluida tempat benda terendam, dan g adalah gaya gravitasi. Untuk mempelajari cara menentukan gaya dorong benda, lihat langkah 1 untuk memulai.

Langkah

Metode 1 dari 2: Menggunakan persamaan gaya apung

Temukan volumenya dari bagian objek yang terendam. Gaya apung yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan volume benda yang tenggelam. Dengan kata lain, semakin padat benda tersebut, semakin besar gaya apung yang bekerja padanya. Ini berarti bahwa bahkan benda yang tenggelam ke dalam cairan memiliki gaya yang mendorongnya ke atas. Untuk mulai menghitung intensitas ini, langkah pertama yang dilakukan adalah menentukan volume benda yang terendam. Untuk persamaannya, nilai ini harus dalam meter.
- Untuk benda yang benar-benar terendam fluida, volume yang terendam sama dengan benda. Bagi mereka yang mengapung di permukaan fluida, hanya volume di bawah permukaan yang diperhitungkan.
- Sebagai contoh, misalkan kita ingin mencari gaya apung yang bekerja pada bola karet yang mengapung di air. Jika bola adalah bola sempurna, dengan diameter satu meter, dan mengambang menjadi dua di dalam air, kita dapat mencari volume bagian yang terendam dengan mencari volume total bola dan membaginya dengan dua. Karena volume bola ditentukan oleh (4/3) π (jari-jari), diketahui bahwa kita akan mendapatkan hasil dari (4/3) π (0,5) = 0,524 meter. 0,524 / 2 = 0,262 meter terendam.
Temukan massa jenis fluida Anda. Langkah selanjutnya dalam proses mencari gaya apung adalah menentukan massa jenis (dalam kilogram / meter) saat benda terendam. Massa jenis adalah ukuran suatu benda atau berat relatif zat menurut volume. Mengingat dua benda dengan volume yang sama, benda dengan massa jenis tertinggi akan memiliki berat paling banyak. Biasanya, semakin besar massa jenis fluida, semakin besar gaya apung yang diberikannya. Dengan fluida, biasanya lebih mudah untuk menentukan kepadatan dengan melihat bahan referensi.
- Dalam contoh kami, bola mengambang di air. Berkonsultasi dengan kekuatan akademis, kita dapat menemukan bahwa kepadatan air adalah sekitar 1000 kilo / meter.
- Kepadatan fluida umum lainnya tercantum dalam sumber teknik. Daftar seperti itu dapat ditemukan di sini.
Temukan gaya gravitasi (atau gaya ke bawah lainnya). Entah benda itu mengambang atau tenggelam seluruhnya, ia selalu tunduk pada gaya gravitasi. Di dunia nyata, gaya konstan ini sama dengan 9,81 Newton / kg. Namun, dalam situasi di mana gaya lain, seperti sentrifus, bekerja pada fluida dan benda yang tenggelam, gaya tersebut juga harus dipertimbangkan untuk menentukan gaya total ke bawah.
- Dalam contoh kita, jika kita berurusan dengan sistem biasa dan stasioner, kita dapat mengasumsikan bahwa satu-satunya gaya yang bekerja ke bawah adalah gaya gravitasi yang disebutkan di atas.
- Namun, bagaimana jika bola kita terapung dalam seember air, berputar dengan kecepatan tinggi dalam lingkaran horizontal? Dalam kasus ini, dengan asumsi ember berputar cukup cepat untuk memastikan bahwa air dan bola tidak jatuh, gaya ke bawah dalam situasi ini akan berasal dari gaya sentrifugal yang diciptakan oleh gerakan ember, bukan oleh gravitasi bumi.
Kalikan volume × massa jenis × gravitasi. Jika Anda memiliki nilai untuk volume benda (dalam meter), massa jenis fluida (dalam kilogram / meter), dan gaya gravitasi (atau gaya turun sistem Anda), mencari gaya apung itu mudah. Kalikan saja ketiga besaran ini untuk mencari gaya dalam newton.
- Mari selesaikan contoh kita dengan mengganti nilai kita dalam persamaan F_B = V_s × D × g. F_B = 0,262 meter × 1000 kilo / meter × 9,81 newton / kilo = 2570 Newton.
Cari tahu apakah benda Anda mengapung dengan membandingkannya dengan gaya gravitasi. Dengan menggunakan persamaan gaya apung, mudah untuk mencari gaya yang mendorong benda keluar dari fluida tempat benda terendam. Namun, dengan sedikit usaha lagi, Anda juga bisa menentukan apakah benda tersebut akan mengapung atau tenggelam. Cari saja gaya apung benda (dengan kata lain, gunakan seluruh volumenya sebagai V._s), kemudian cari gaya gravitasi dengan persamaan G = (massa benda) (9,81 meter / sekon). Jika gaya apung lebih besar dari gaya gravitasi, benda akan mengapung. Tetapi jika gaya gravitasi lebih besar, maka akan tenggelam. Jika sama, benda tersebut dikatakan "netral".
- Sebagai contoh, misalkan kita ingin mengetahui apakah tong kayu berbentuk silinder 20 kilogram dengan diameter 0,75 meter dan tinggi 1,25 meter, akan mengapung di air. Ini membutuhkan beberapa langkah:
  - Kita dapat mencari volumenya dengan rumus V = π (jari-jari) (tinggi). V = π (0,375) (1,25) = 0,55 meter.
  - Setelah itu, dengan asumsi nilai default untuk gravitasi dan massa jenis air, kita dapat menentukan gaya apung pada laras. 0,55 meter × 1000 kilo / meter × 9,81 newton / kilo = 5395.5 Tombol.
  - Sekarang, kita perlu mencari gaya gravitasi pada laras. G = (20 kg) (9,81 meter / sekon) = 196.2 Newton. Ini jauh lebih kecil dari gaya apung, jadi laras akan mengapung.
Gunakan teknik yang sama ketika fluida Anda adalah gas. Saat menyelesaikan masalah ripo, ingatlah bahwa fluida tidak harus berupa cairan. Gas juga dianggap fluida dan, meskipun memiliki massa jenis yang lebih rendah dibandingkan jenis bahan lainnya, gas masih dapat menopang berat beberapa benda. Balon helium sederhana adalah buktinya. Karena gas dalam balon kurang padat daripada cairan di sekitarnya, maka balon akan mengapung!

Metode 2 dari 2: Melakukan eksperimen dorong sederhana

Tempatkan cangkir atau mangkuk kecil dalam wadah yang lebih besar. Dengan beberapa barang rumah tangga, mudah untuk melihat prinsip gaya apung bekerja! Dalam percobaan sederhana ini, kita akan mendemonstrasikan bahwa benda yang tenggelam mengalami gaya apung, karena benda tersebut menggeser volume fluida yang sama dengan volume benda yang tenggelam. Saat melakukan ini, kami juga mendemonstrasikan cara mencari gaya apung dari sebuah eksperimen. Untuk memulai, tempatkan wadah kecil, seperti mangkok atau cangkir, ke wadah yang lebih besar, seperti mangkok atau ember yang lebih besar.
Isi wadah dari dalam sampai ke pinggir. Kemudian, isi wadah yang lebih besar dengan air. Anda ingin ketinggian air berada di atas tepian, tanpa terbalik. Hati-hati! Jika Anda menumpahkan air, kosongkan wadah yang lebih besar sebelum mencoba lagi.
- Untuk percobaan ini, dapat diasumsikan bahwa air yang memiliki massa jenis air memiliki nilai standar 1000 kilo / meter. Kecuali jika Anda menggunakan air asin atau cairan lain, kebanyakan jenis air memiliki massa jenis yang mendekati referensi.
- Jika Anda memiliki pipet, akan sangat berguna untuk memeriksa ketinggian air di wadah bagian dalam.
Rendam benda kecil. Sekarang, temukan benda kecil yang pas di dalam wadah bagian dalam dan tidak akan rusak oleh air. Temukan massa benda ini dalam kilogram (gunakan skala untuk ini). Kemudian, tanpa membasahi jari, celupkan benda ke dalam air sampai mulai mengapung atau Anda tidak dapat lagi menahannya. Anda akan melihat air dari wadah dalam tumpah ke wadah luar.
- Untuk keperluan contoh kita, katakanlah kita menempatkan kereta mainan dengan massa 0,05 kg di dalam wadah bagian dalam. Kita tidak perlu mengetahui volume mobil untuk menghitung daya dorong, seperti yang akan kita lihat selanjutnya.
Kumpulkan dan ukur air yang telah Anda tumpahkan. Saat Anda menenggelamkan suatu benda ke dalam air, terjadi perpindahan air; jika tidak, tidak akan ada ruang baginya untuk masuk ke air. Saat dia mendorong cairan, air mendorong kembali, menyebabkan dorongan. Ambil air yang Anda tumpahkan dan masukkan ke dalam gelas ukur. Volume air harus sama dengan volume terendam.
- Dengan kata lain, jika benda Anda mengapung, volume air yang Anda tumpahkan akan sama dengan volume benda yang terendam di dalam air. Jika benda Anda tenggelam, volume air yang tumpah sama dengan volume seluruh benda.
Hitung berat air yang tumpah. Karena Anda mengetahui massa jenis air dan dapat mengukur volume yang tumpah, Anda dapat mencari massanya. Cukup ubah volume menjadi meter (alat konversi online, seperti ini, dapat berguna) dan kalikan dengan massa jenis air (1000 kilo / meter).
- Dalam contoh kita, misalkan gerobak kita tenggelam dan bergerak sekitar dua sendok makan (0,00003 meter).Untuk mencari massa air, kita kalikan dengan massa jenisnya :: 1000 kilo / meter × 0,00003 meter = 0,03 kilo.
Bandingkan volume yang dipindahkan dengan massa benda. Sekarang setelah Anda mengetahui massa terendam dan massa yang dipindahkan, bandingkan mereka untuk melihat mana yang lebih besar. Jika massa benda yang terendam di dalam wadah lebih besar dari massa air yang dipindahkan, benda tersebut pasti telah tenggelam. Tetapi jika massa air yang dipindahkan lebih besar dari, benda tersebut pasti telah mengapung. Ini adalah prinsip daya apung; agar sebuah benda mengapung, ia harus menggeser massa air yang lebih besar dari benda tersebut.
- Tetap saja, objek dengan massa lebih rendah tetapi volume lebih besar adalah objek yang paling mengapung. Properti ini berarti bahwa benda berongga mengapung. Pikirkan tentang kano; Mengapung karena berlubang, sehingga dapat memindahkan banyak air, tanpa harus bermassa besar. Jika kano itu kokoh, mereka tidak akan mengapung dengan baik.
- Dalam contoh kita, mobil memiliki massa 0,05 kg, lebih besar dari massa air yang dipindahkan, 0,03 kg. Ini menegaskan hasil kami: mobil tenggelam.