Почему кажущийся вес тела в жидкости не равен выталкивающей силе? Почему плавучесть уменьшает его? - физиков.нет
Винтажный Клуб для гитаристов
0 голосов
/

Я был очень смущен этим в течение некоторого времени. Мы знаем, что когда лифт ускоряется вверх, кажущийся вес тела, помещенного в него, равен нормальной силе, оказываемой лифтом, и эта сила действует в направлении вверх. Но почему эта логика не распространяется на выталкивающие силы в жидкостях, даже если они являются нормальными силами, присутствующими в жидкостях, и действуют в направлении вверх? Например, предположим, что человек погружен в плавательный бассейн, тогда вода будет оказывать на человека плавучую силу, и эта сила будет равна весу вытесненной воды. Но почему эта сила уменьшает видимый вес тела, в отличие от силы в лифте? Поскольку кажущийся вес тела - по определению - равен нормальной силе на теле, и я прочитал, что в случае жидкостей эта нормальная сила является выталкивающей силой, так почему же кажущийся вес не равен выталкивающей силе? сила? Например, если тело весит 10 Н, и оно полностью погружено в воду, так что выталкивающая сила (которая здесь является Нормальной силой) = 8 Н, то не должен ли и видимый вес = 8 Н? Играют ли здесь какие-то другие силы, которые мне неизвестны? (Интересно, что в подобном вопросе, заданном здесь, в ответе говорилось, что кажущийся вес полностью погруженного тела равен плавучей силе; в то время как другой источник сказал, что кажущийся вес будет равен разнице между истинным весом и плавучей силой Итак, какой из них прав?). Кроме того, что произойдет, если объект будет помещен на весы, которые находятся над водой из фонтана (и ускоряются)? Я думаю, что, поскольку это аналогично лифтовому корпусу, взвешивающая машина регистрирует увеличенную массу (т.е. кажущийся вес будет больше), я прав?

Бонусный вопрос: я читал, что, как только тело полностью погружается в жидкость, испытанная им плавучая сила не меняется. Тогда почему нам становится все труднее толкать объект дальше вниз?

Ответы [ 2 ]

0 голосов
/

В случае, если тело погружено в жидкость, тело ускоряется, а рама - нет, поэтому результирующее ускорение под действием силы тяжести не изменяется. Мы можем просто написать уравнение движения, но в случае, когда тело ускоряется при подъеме, рама ускоряется и, следовательно, происходит ускорение, вызванное изменениями силы тяжести, и, поскольку рама неинерциальна, мы должны будем включить псевдосилу в диаграмме свободного тела.

0 голосов
/

В сценарии лифта рама лифта ускоряется; следовательно, когда вы рисуете диаграмму свободного тела относительно лифта, псевдо-сила действует вниз (противоположно направлению, в котором ускоряется рама). Следовательно, кажущийся вес увеличивается, когда псевдо-сила складывается с весом человека.

Предположим, что ускорение лифта равно $a$, а масса тела равна $m$, тогда кажущийся вес тела в раме лифта равен - $$ N = m(a + g) $$

Во втором сценарии выталкивающая сила действует в направлении вверх, потому что выталкивающая сила всегда направлена ​​против градиента давления, т.е. в направлении, в котором давление уменьшается. (Очень похоже на электрическое поле, направленное в направлении уменьшения потенциала) Разумеется, прилагаемая выталкивающая сила равна весу жидкости, вытесняемой телом (что является принципом Архимеда); но -

Рисование FBD во втором случае дает вес тела, действующего вниз, и выталкивающей силы, действующей вверх. Это приводит к уменьшению веса (поскольку выталкивающая сила вычитается из веса, а не суммируется с ним) и не увеличивается.

Скажем, выталкивающая сила, действующая на тело, равна $B$, а фактический вес равен $W$, тогда вес нетто тела (действующего в направлении вниз) тогда будет: $$ W' = W - B $$

Вот почему видимый вес тела в жидкости уменьшается.

(Это с учетом того, что плотность тела больше плотности жидкости, в случае, если она противоположна (тело не тонет; но плавает частично), знаки $W$ и $B$ меняются местами, и чистая сила действует в восходящем направлении. В другом сценарии, когда вес тела равен выталкивающей силе, чистая сила на теле тогда равна нулю, следовательно, он плавает, будучи полностью погруженным)

Имейте в виду, что тело теряет вес в жидкости, равный весу вытесненной им жидкости / равному выталкивающей силе.

Что касается бонусного вопроса, посмотрите на ответ на этот вопрос - https://physics.stackexchange.com/a/296537/134658

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...