Hvilken kraft kræves for at holde bolden under vandoverfladen på en swimmingpool?

forståelse af kræfterne

* opdrift: Når et objekt er nedsænket i en væske (som vand), oplever det en opadgående kraft kaldet opdrift. Denne kraft er lig med vægten af ​​den væske, der er forskudt af objektet.

* tyngdekraft: Bolden trækkes nedad af tyngdekraften, hvilket er lig med dens vægt.

Force beregning

1. Beregn den livlige kraft:

* Boldvolumen: Beregn kuglens volumen ved hjælp af formlen for volumen af ​​en kugle:(4/3) πr³, hvor 'r' er boldens radius.

* vandtæthed: Tætheden af ​​vand er ca. 1000 kg/m³.

* flydende kraft =volumen af ​​kugle * Densitet af vand * Acceleration på grund af tyngdekraften (G =9,8 m/s²)

2. Beregn vægten af ​​kuglen:

* Mass af kuglen: Find kuglens masse (normalt givet i problemet).

* vægt =masse af kugle * Acceleration på grund af tyngdekraften (g =9,8 m/s²)

3. Kraft krævet:

* Den kraft, der kræves for at holde bolden under vandet, er forskellen mellem kuglens vægt og den livlige kraft.

eksempel

Lad os sige, at du har en bold med:

* radius: 0,1 meter (10 cm)

* Masse: 0,5 kg

1. flydende kraft:

* Mængde af kugle: (4/3) π (0,1 m) ³ ≈ 0,00419 m³

* flydende kraft: (0,00419 m³) * (1000 kg/m³) * (9,8 m/s²) ≈ 41,1 N (Newton)

2. Vægt af kuglen:

* vægt: (0,5 kg) * (9,8 m/s²) ≈ 4,9 N

3. Kraft krævet:

* Kraft krævet: 4,9 N (vægt) - 41,1 N (flydende kraft) =-36,2 N

Resultat: Den kraft, der kræves for at holde bolden under vandet, er -36,2 N. Det negative tegn indikerer, at du skal anvende en opadgående kraft for at modvirke opdrift og holde kuglen nedsænket.

Vigtig note: Hvis den livlige kraft er større end kuglenes vægt, flyder bolden til overfladen.