Lorsque vous immerger un objet comme un canard en caoutchouc dans l'eau, l'objet subit une force vers le haut égale au poids de l'eau qu'il déplace. Cette règle est appelée le principe d'Archimède. Fondamentalement, cela signifie que les objets les moins denses que l'eau flottent, tandis que les objets qui sont plus denses que l'eau va couler. Vous pouvez appliquer le principe d'Archimède et quelques calculs simples à résoudre de nombreux types de densité et de flottabilité des problèmes.
Instructions
1 Déterminer la densité du fluide dans lequel l'objet est immergé. En règle générale, cette information sera donné dans le problème à moins que le fluide est l'eau, auquel cas il a une densité de 1 gramme par centimètre cube à la température ambiante.
2 Déterminer les dimensions de l'objet et de les utiliser pour mettre en place une équation pour son volume.
Par exemple, supposons que vous êtes donné le problème suivant: une barge rectangulaire à fond plat est flottant dans l'eau. Il pèse 500 kilogrammes lorsqu'il est vide; il est de 10 mètres de long, 5 mètres de large et de 2 mètres de haut, de bas en bordage. Combien de marchandises pourriez-vous ajouter au bateau avant que le niveau d'eau a augmenté au-dessus du plat-bord? (Supposons que l'eau a la même densité que l'eau pure.)
La première chose que vous remarquerez est que la barge est rectangulaire - par conséquent, son volume doit être de longueur x largeur x hauteur. Le volume de la partie immergée sera, par conséquent, être de longueur x largeur x hauteur immergée aussi. Cela peut être abrégé le volume immergé = LWH, où H est la hauteur.
3 Multiplier la densité du fluide par le volume de la partie immergée de l'objet à trouver la masse d'eau déplacée, puis multiplier la masse d'eau déplacée par 9,81 m / s ^ 2, la gravité standard.
Exemple continué: vous savez le volume immergé est la suivante: Vs = LWH,
Par conséquent, il faut multiplier cela par la densité de l'eau. La densité de l'eau est d'environ 1 gramme par centimètre cube. Il y a 100 ^ 3 centimètres cubes par mètre cube, de sorte que la densité de l'eau est de 100 ^ 3 grammes par mètre cube ou (100 ^ 3) / 1000 kg par mètre cube = 1000 kg par mètre cube. La nouvelle équation, alors, est la suivante: la masse d'eau déplacée = LWH x 1000 kg / m ^ 3; et le poids de l'eau déplacée = LWH x 1000 kg / m ^ 3 x 9,81 m / s ^ 2.
4 Résolvez pour toutes les inconnues dans votre équation.
Exemple continué: dans cet exemple, vous voulez savoir ce que la force de flottabilité sera lorsque la hauteur de la partie immergée du bateau est égale à la hauteur du bateau. Pour ce faire, vous branchez L, W et H dans l'équation que vous avez trouvé plus tôt, comme suit: poids de l'eau déplacée = (10 m) x (5 m) x (2 m) x (1000 kg / m ^ 3) x (9,81 m ^ 2 / s) = 981000 Newtons.
Vous savez maintenant que la masse du bateau à ce point sera égal à ce poids divisé par la gravité norme constante, 9,81 m / s ^ 2, donc si 981.000 N est divisé par 9,81 m / s ^ 2, vous obtenez ce qui suit : masse = 100,000 kg.
Ceci est la masse maximale du bateau avant son bordage sera sous-marine. Le bateau a une masse de 500 kg lorsqu'il est vide, de sorte que la masse maximale de la cargaison sera 100.000 - 500 = 99.500 kg.
5 Rappelez-vous deux équations utiles que vous avez utilisé pour résoudre ce problème. Vous pouvez utiliser ces équations pour résoudre d'autres problèmes comme celui-ci ainsi: poids d'un objet ou déplacé fluide = masse x 9,81 m / s ^ 2; et force de flottabilité sur l'objet = poids de l'eau, il déplacé = volume d'eau déplacé x densité de l'eau = volume d'objet immergé x densité de l'eau.
Notez que de plus en plus de l'objet se trouve immergé, la poussée d'Archimède sur elle augmente. Une fois que la force de flottabilité sur elle est égale à son poids, il cessera de couler ou se lever et demeurer niveau. Si l'objet pèse toujours plus que l'eau qu'il déplace, cependant, il va couler à pic.