アルキメデス法の公式と説明(+問題の例)

アルキメデスの法則はF =ρ.Vgです。この法則の意味は、液体に浸された物体は、物体によって押しのけられた液体の重量に等しい上向きの力を受けるということです。

どうしてこんなに重い貨物を積んだ船が海に浮かぶことができるのでしょうか?この質問は、アルキメデスの法則の原則を理解したときに答えられます。以下は、アルキメデス法の意味の説明とアルキメデス法に関連する問題を解決する問題の例です。

アルキメデス法の歴史

アルキメデスが誰であるか知っていますか?アルキメデスは彼の時代に何を発見しましたか?

ある日、アルキメデスはヒエロン2世から、彼の金の王冠が銀と混ざっていたかどうかを調査するように頼まれました。アルキメデスはこの問題について真剣に考えました。彼がとても疲れを感じて、水でいっぱいの公共の風呂に身を投げるまで。

それから、彼は床に水がこぼれていることに気づき、すぐに答えを見つけました。彼は立ち上がって、裸で家まで走りました。家に帰ると、妻に「ユーレカ!ユーレカ!」これは「見つけた!見つけた!」それから彼はアルキメデスの法則を作りました。

アルキメデスの物語を通して、アルキメデスの法則の原理は、物体に対する流体(液体または気体)の揚力または浮力に関するものであることがわかります。したがって、液体オブジェクトの浮力では、密度が異なるため、タイプの異なるオブジェクトの浮力は異なります。これが、アルキメデスが王からの質問に答え、ヒエロン2世の王冠が金と銀の混合物によって盲目にされたことを証明することができた理由です。

アルキメデスの法則を理解する

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アルキメデスの法則は次のとおりです。

部分的または完全に液体に浸されている物体は、物体によって押しのけられた液体の重量に等しい上向きの力を受けます。

アルキメデスの法則の音で伝えられる言葉の意味は、溢れる液体の量であり、物体が液体に浸されると量が増加するように見えるように押されます。

移動/プレスされる液体の量は、液体に浸された/浸されたオブジェクトの体積に等しい体積を持ちます。そのため、アルキメデスの法則によれば、浮力(Fa)は、変位する液体の重量(wf)と同じ値になります。

アルキメデスの法則

アルキメデスの法則の適用は、潜水艦がいつ浮いたり、浮いたり、沈んだりするかを決定するなど、いくつかの生活で非常に役立ちます。さて、ここにアルキメデスの法則の基本原則があります。

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オブジェクトが流体内にある場合、液体のボリュームは、液体内のオブジェクトのボリュームに等しく転送されます。移送される液体の体積がVで、流体の密度(単位体積あたりの質量)がρの場合、移送される流体の質量は次のようになります。

m =ρ.V

移送される流体の重量は次のとおりです。

w = mg =ρ.Vg

Archimedesの原理によれば、上向きの圧力の大きさは、移動するオブジェクトの重量に等しくなります。

Fa = w =ρ.Vg

システムのバランスが取れている場合は、定式化できます

Fa = w

ρf.Vbf.g=ρb.Vb.g

ρf.Vbf=ρb.Vb

情報:

m =質量(kg)

ρ=密度(kg / m3)

V =ボリューム(m3)

Fa =浮力(N)

g =重力による加速度(m / s2)

wf =オブジェクトの重量(N)

ρf=流体の密度(kg / m3)

Vbf =液体に浸された物体の体積(m3)

ρb=物体の密度(kg / m3)

Vb =オブジェクトのボリューム(m3)

フローティング、フローティング、シンキング

オブジェクトが液体または流体に浸されている場合、発生する可能性は3つあります。つまり、フローティング、フローティング、およびシンクです。

フローティングオブジェクト

浮遊物のアルキメデスの法則

オブジェクトの密度が液体の密度よりも小さい場合(ρb<ρf)、液体中のオブジェクトは浮きます。物体が浮くと、物体の体積の一部だけが液体に浸され、他の部分は浮いた状態で水面上にあります。そのため、オブジェクトのボリュームは、水没しているオブジェクトのボリュームとフローティングしているオブジェクトのボリュームに分割されます。

Vb = Vb '+ Vbf

Fa =ρf.Vbf.g

その一部のみが液体に浸されているため、重力による上向きの力の式が適用されます。

ρf.Vbf=ρb.Vb

情報:

Vb '=フローティングオブジェクトのボリューム(m3)

Vbf =流体に浸された物体の体積(m3)

Vb =オブジェクト全体の体積(m3)

Fa =浮力(N)

ρf=液体の密度(kg / m3)

g =重力(m / s2)

フローティングオブジェクト

アルキメデスの浮遊物の法則

オブジェクトの密度が液体の密度と同じである場合(ρb=ρf)、液体中のオブジェクトは浮きます。浮遊物は、液体の表面と容器の底の間にあります。

オブジェクトと液体の密度は同じであるため、次のようになります。

FA =ρf.Vb.g=ρb.Vb.g

情報:

Fa =浮力(N)

ρf=液体の密度(kg / m3)

ρb=物体の密度(kg / m3)

Vb =オブジェクトのボリューム(m3)

g =重力(m / s2)

水中オブジェクト

オブジェクトを沈めるためのアルキメデスの法則

物体の密度が液体の密度よりも大きい場合(ρb>ρf 、物体は沈み、容器の底にあります。適用法:

Fa = wu-wf

水中の物体では、物体の全体の体積が水に浸されているため、移動する水の体積は物体の総体積に等しくなります。これにより、質量の関係を通じて、揚力方程式と沈下物体の関係が得られます。

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ρf.Vb= mu-mf

情報:

Fa =浮力(N)

wu =空気中の物体の重量/実際の重量(N)

wf =液体中の物体の重量(N)

g =重力(m / s2)

Vb =オブジェクトの総量(m3)

ρf=水の密度(kg / m3)

mu =空気中の質量(kg)

mf =液体中の質量(kg)

アルキメデス法問題の例

問題の例1

海水の密度は1025kg / m3です。岩によって押しのけられた海水の重量が2ニュートンの場合、海水に浸された岩の体積を計算してください。

知られている :

ρf= 1025 kg / m3

wf = 2 N

g = 9.8 m / s2

募集:Vストーン。。。?

回答:

海水重量:w = mg

浮力:Fa =ρf。g。Vbf

こぼれた水の重さは岩の浮力に等しいので、書くことができます

w = Fa

w =ρf.g.Vb

2 = 1025。(9.8).Vb

2 = 10.045.Vb

Vb = 10.045 / 2

Vb = 1.991 x 10-4 m3 = 199.1 cm3

したがって、浸される岩の体積は199.1cm3です。

問題2の例

空気中の物体の重量は500Nです。水中の物体の重量が400Nで、水の密度が1,000 kg / m3の場合、物体の密度を決定します。

知られている :

wu = 500 N

wf = 400 N

ρa= 1000 Kg / m3

募集:ρb?

回答:

Fa = wu-wf

Fa = 500 N-400 N

Fa = 100 N

ρb/ρf= wu / Fa

ρb/ 1000 = 500/100

100ρb= 500,000

ρb= 500,000 / 100

ρb= 5,000 kg / m3

したがって、オブジェクトの密度は5,000 kg / m3です。

問題3の例

コルクの体積の75%が水に浸され、水の密度が1グラム/ cm3である場合、コルクの密度を決定します。

知られている :

ρf= 1 gr / cm3

Vf = 0.75 Vg

募集:ρg。。。?

回答:

ρg.Vg=ρf.Vf

ρg.Vg= 1。(0.75Vg)

ρg= 0.75 gr / cm3

したがって、コルクの密度は0.75 gr / cm3です。

問題の例4

ブロックの密度は2,500kg / m3で、空気中の重量は25ニュートンです。水の密度が1000kg / m3で、重力による加速度が10 m / s2の場合、水中のブロックの重量を決定します。

知られている :

ρb= 2,500 kg / m3

wu = 25 N

ρf= 1000 kg / m3

募集:wf?

回答:

ρb/ρf= wu / Fa

(2500)/(1000)= 25 / Fa

2.5 Fa = 25

Fa = 25 / 2.5

Fa = 10 N

オブジェクトが沈むとき、それは適用されます:

Fa = wa-wf

10 = 25-wf

wf = 25-10

wf = 15 N

したがって、水中のブロックの重量は15ニュートンです。

参考:ユーレカ!アルキメデスの原則