Esperimento di galleggiamento

Un calcolatore di esperimento di galleggiamento trasforma tre misure di laboratorio —massa dell'oggetto, densità dell'oggetto e densità del fluido— nelle grandezze che un'esercitazione di fisica registra davvero: volume dell'oggetto, volume spostato in un'immersione completa, forza di spinta, peso vero, peso netto apparente, forza netta senza vincolo e il verdetto galleggia o affonda. Inserisca la massa in chilogrammi e entrambe le densità in chilogrammi per metro cubo; salvo che non sostituisca la gravità, il solver usa 9.81 metri al secondo quadrato. Il volume è la massa divisa per la densità dell'oggetto. Archimede dà allora la forza di spinta come densità del fluido per quel volume per g. Il peso netto è la lettura apparente della bilancia dopo l'immersione, peso vero meno spinta, e la forza netta è la spinta meno il peso, prendendo verso l'alto come positivo. Il campione galleggia quando è meno denso del fluido, affonda quando è più denso ed è in equilibrio neutro quando le densità coincidono.

Che cosa misura un esperimento di galleggiamento e perché le densità decidono se galleggia

Un esperimento di laboratorio di galleggiamento pone una domanda ingannevolmente breve: se questo oggetto viene spinto del tutto sotto questo liquido, quale forza esercita il liquido, che cosa leggerebbe una bilancia immersa e l'oggetto salirà, resterà in sospensione o cadrà una volta lasciato? Il principio di Archimede risponde alla prima parte. Un corpo immerso in un fluido subisce una forza di spinta verso l'alto uguale al peso del fluido che sposta.

Per un'immersione completa il volume spostato è il volume esterno dell'oggetto. Quel volume non è una misura extra quando Lei conosce già massa e densità: il volume è la massa divisa per la densità dell'oggetto, purché la densità sia strettamente positiva. Moltiplichi la densità del fluido circostante per quel volume e per l'accelerazione gravitazionale per ottenere la forza di spinta.

Il peso vero è massa per g. Il peso netto apparente, la lettura che un dinamometro mostrerebbe mentre il campione è tenuto del tutto sotto il liquido, è il peso vero meno la spinta. La forza netta senza vincolo è la differenza opposta, spinta meno peso, con la convenzione che un valore positivo significa una spinta netta verso l'alto.

Confrontare le due densità basta a classificare l'esito senza una seconda formula. Se la densità dell'oggetto è minore di quella del fluido, la spinta supera il peso, la forza netta è verso l'alto, il peso netto è negativo perché l'ormeggio sarebbe in trazione, e l'oggetto galleggia. Se la densità dell'oggetto è maggiore, il campione affonda, la forza netta è verso il basso e il peso netto è un peso apparente positivo.

Densità uguali producono galleggiamento neutro: forza netta e peso netto sono entrambi zero. L'esperimento non ha quindi bisogno di una mesh di dinamica dei fluidi computazionale; tre numeri finiti e una convenzione di segno ben enunciata recuperano l'intero verbale di laboratorio. Una densità nulla o negativa renderebbe il volume indefinito o non fisico, perciò tali ingressi vengono rifiutati invece di restituire Infinity o un NaN silenzioso che un correttore non può spiegare.

Suggerimenti pratici, unità, limiti e quando usare questo strumento di esperimento

Tenga massa, densità e gravità entro l'intervallo assoluto pubblicato affinché i prodotti di volume e forza non trabocchino in un risultato non finito che il solver deve rifiutare. Usi un sistema di unità coerente: chilogrammi, chilogrammi per metro cubo e metri al secondo quadrato danno newton in ogni campo di forza. Grammi e centimetri richiedono un g coerente in centimetri al secondo quadrato se desidera dine.

Questo strumento non converte unità e non prende il volume spostato come ingresso indipendente. Lo preferisca quando un foglio di esercizi o un laboratorio danno massa dell'oggetto più due densità e chiedono se il campione galleggia, qual è il peso apparente e qual è la spinta nell'immersione. Se Lei già conosce densità del fluido, volume spostato e g e serve solo F_b uguale a rho per V per g, quella è un'altra ricerca e un altro calcolatore.

Nell'insegnamento, abbini esempi: due chilogrammi di legno a cinquecento chilogrammi per metro cubo in acqua a mille chilogrammi per metro cubo producono forza netta positiva e galleggiano; una lastrina metallica più densa di uguale massa produce peso netto apparente positivo e affonda. Questa pagina si rivolge a chi cerca un calcolatore di esperimento di galleggiamento, uno strumento galleggia o affonda, o un ausilio di laboratorio di volume spostato e peso netto; non è un pacchetto di idrostatica navale né un solver CFD.