Kuliah 7 Daya dalam Bendalir

SCE 3105 Kuliah 7 Daya dalam Bendalir

Daya dalam Bendalir Daya Tujah ke Atas – Terapung dan Tenggelam Prinsip Archimedes Prinsip Bernoulli

Bagaimana kapal terapung dan gajah tenggelam?

Bagaimana bot atau kapal yang membawa beratus-ratus kilogram bahan terapung sedangkan bahan yang sama akan tenggelam ke dasar laut jika dibuang ke dalam laut?

Terapung dan Tenggelam  Satu subjek di dalam air mengenakan satu daya ke bawah kepada air, dan dengan itu air akan mengenakan satu daya ke atas kepada objek.  Satu jasad pepejal terapung apabila ia sudah menyesarkan (displaced) air yang mencukupi yang mempunyai berat yang sama dengan berat asalnya.  Prinsip ini dikenali sebagai .

Bila satu objek tegar (rigid object) di rendam di dalam cecair (sepenuhnya atau sebahagian daripadanya), maka wujud satu daya ke atas yang sama dengan berat bendalir yang disesarkan oleh objek itu.

Objek yang mempunyai isipadu yang sama mengalami daya tujah ke atas yang sama

Penerangan  Tekanan bendalir bertambah dengan kedalaman  Tekanan yang bertambah adalah ke semua arah (Prinsip Pascal's)  Maka ada daya ke atas yang tidak seimbang pada bahagian bawah objek yang tenggelam itu.

Daya Tujah ke Atas Fenomena (ditemui oleh Archimedes) bahawa objek yang kurang tumpat daripada satu bendalir akan terapung dalam bendalir itu.  Kamu boleh mengambil satu objek misalnya satu blok keluli yang biasanya tenggelam dan bentukkannya supaya ia boleh terapung.

 Archimedes, seorang ahli mathematician yang hidup pada 287- 212 B.C., adalah orang yang pertama merekodkan tentang mengapa objek terapung, yang juga dikenali sebagai daya tujah ke atas  Pada satu hari, dia masuk ke dalam kolam mandinya dan sebahagian daripada air melimpah keluar. Dia juga merasakan bahawa badannya merasa lebih ringan di dalam air dibandingkan dengan di luarnya  Dia membuat keputusan bahawa sebab badannya terasa lebih ringan adalah kerana kehilangan berat adalah disebabkan air yang melimpah keluar daripada kolam mandi.

Satu bendalir akan mengenakan satu daya ke atas kepada satu objek yang tenggelam di dalamnya yang sama dengan berat bendalir yang disesarkan oleh objek itu

Daya tujah ke atas adalah kehilangan berat yang dialami oleh satu objek bila diletakkan ke dalam cecair, dibandingkan dengan beratnya di dalam udara.

Prinsip Archimedes menyatakan bahawa satu objek yang terendam separa akan ditujahkan ke atas oleh satu daya yang sama dengan berat air yang disesarkan oleh objek itu.

Daripada prinsip ini, dia membuat kesimpulan bahawa objek yang terapung menyesarkan satu amaun cecair yang sama banyak dengan beratnya

Bila dilepaskan dalam air, gabus itu akan terapung, aluminum akan tenggelam, dan plumbum akan tenggelam lebih cepat  Tetapi daya tujah ke atas untuk setiap bahan adalah sama disebabkan oleh tekanan persekitaran yang sama dan sesaran air yang sama.  Perbezaan dalam perlakuan bahan-bahan ini adalah disebabkan perbandingan antara daya tujah ke atas dengan berat objek.

Berapa beratkah batu itu di dalam air?

Matematik Faktor  Isipadu yang tenggelam dalam bendalir. Lebih banyak isipadu lebih banyak daya tujah ke atasnya  Jenis bendalir: Lebih besar ketumpatan, lebih besar daya tujah ke atas.  Planet: Pecutan akibat graviti menentukan berat bendalir yang disesar. Dengan itu,

Formula

Daya tujah ke Atas  Daya ke atas satu jasad akibat daya tujah ke atas adalah, FBuoyant = mg (Prinsip Archimedes)  di mana m adalah jisim cecair yang disesar dan g adalah pecutan graviti. Maka Prinsip Archim edes' principle boleh dinyatakan sebagai FBuoyant = ρliquid gVsolid

Asas-asas Tujah ke Atas  Bila satu blok kayu diletakkan ke dalam satu baldi air, blok itu menyesarkan air dan paras air naik ke atas.  Jika anda boleh menimbang air yang disesarkan oleh kayu itu, anda akan dapati bahawa beratnya sama dengan berat blok kayu.

Asas-asas Daya Tujah ke Atas

 Ini bukan bermakna bahawa jika anda ada beberapa blok kayu yang saiz dan bentuknya betul-betul sama, setiap satu akan menyesarkan amaun yang sama banyak.  Satu blok kayu yang diperbuat daripada oak, sebagai contohnya, akan masuk lebih dalam ke dalam air (dan menyesarkan air yang lebih banyak) daripada satu blok kayu pine.  Sebabnya adalah ia lebih berat untuk saiznya, atau lebih tumpat.

Dalam hal ini, molekul-molekulnya adalah lebih rapat antara satu sama lain dibandingkan dengan molekul pokok pine.

Asas-asas Daya Tujah ke Atas  Jika kamu terus tingkatkan ketumpatan satu blok kayu, ia akan tenggelam lebih dalam dan dalam ke dalam air  Jika ketumpatannya cukup tinggi, ia akan menyesar satu amaun air yang beratnya sama dengan berat blok kayu, maka dalam hal ini, blok seolah-olah menjadi ‘tanpa berat’ di dalam air.  Menyebabkan blok kayu itu lebih tumpat akan menyebabkan ia tenggelam ke dasar bekas itu.

Objects Floating  Bila satu objek terapung, daya bersih (net force) akan menjadi kosong.  Ini berlaku apabila isipadu (volume) objek terendam dalam cecair yang beratnya sama dengan berat objek.  Kapal yang diperbuat daripada keluli (steel) boleh terapung kerana ia boleh menyesarkan lebih banyak air daripada beratnya

Ramalkan apa ketumpatan tga cecair di atas.

Cecair pada bekas mana yang paling tinggi dan paling rendah ketumpatannya?

Tin diet coke terapung sementara tin coke biasa tenggelam disebabkan oleh perbezaan ketumpatan pada cecair-cecair yang ada di dalamnya

Laut Mati(Yam Hamelakh -- "The Salt Sea") adalah satu tempat yang paling rendah di dunia, lebih kurang 1,300 kaki(400 meter) di bawah aras laut. Ia mempunyai panjang 34 batu (55 km.) dan berubah antara 11 batu (18 km.) dan 2 batu (3 km.) lebar.

Laut ini adalah 1,400 kaki(430 m.) dalam.

Air daripada laut yang unik ini datang dari Laut Jordan. Tidak ada air keluar; namum kadar penyejatan (evaporation) adalah sangat tinggi disebabkan suhu yang tinggi dan (humidity) menghasilkan kuantiti bahan kimia mentah yang tinggi.

Pelawat boleh terapung tanpa berusaha kerana air di Laut Mati mengandungi kepekatan mineral yang tertinggi di dunia.

Q  Di sini kita ada satu kapal selam mainan yang terapung di dalam besen mandi. Ia diperbuat daripada keluli dan mempunyai jisim satu kilogram. Bila terendam sepenuhnya, ia menyesarkan dua kilogram air.

Apakah yang telah anda lakukan yang menyebabkan kapal selam itu tenggelam ke dasar besen mandi?  Tambah satu kilogram pasir ke dalam kapal selam.

 Tambah satu kilogram pasir ke dalam kapal selam, dan ditambah sedi .  Tidak perlu lakukan apa-apa. Oleh kerana kapal selam menyesarkan lebih banyak air daripada beratnya. Ia sememangnya dalam perjalanan ke bawah

Anda menambah satu kilogram pasir  Kapal selam, yang menyesarkan dua kilogram air bila terendam, sekarang mempunyai berat dua kilogram.

Sebab berat air yang disesarkan oleh kapal selam adalah sama dengan berat kapal selam, bermaksud kapal selam itu menjadi ‘hilang berat’ di dalam air. Ia mengalir antara permukaan dan dasar bekas.  Cuba lagi!

Satu kilogram dan tambah sedikit lagi

 Jawapan yang betul..!

Untuk kapal selam itu tenggelam, ia mesti mempunyai berat LEBIH berat maksmum yang ia boleh sesarkan.

Dengan menambah lebh sedikit daripada satu kilogram pasir, jumlah berat pasir adalah lebih sedikit daripada dua kilogram.

For more exercises go to http://www.pbs.org/wgbh/nova/lasalle/buoypool.html

Tiada apa-apa  Kapal selam tidak akan tenggelam jika tidak ditambah apa-apa.

Kapal selam menyesarkan separuh daripada dua kilogram air apabila benarbenar tenggelam. Sebab itu separuh tenggelam dan separuh terapung

Peraturan tentang Apungan  Benda-benda akan tenggelam jika daya graviti melebihi daya tujah ke atas  Benda-denga akan naik ke permukaan jika daya tujah ke atas melebihi daya graviti  Benda-benda akan terapung bila dua daya itu adalah sama

Buat Cartesian Diver anda!

Impressive, but how does it work?

Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli Prinsip ini temui oleh aniel Bernoulli yang menyatakan bahawa apabila laju bendalir (cecair atau gas) bergerak bertambah, tekanan dalam bendalir itu berkurang

Principle Bernoulli menggunakan idea bahawa jika sayap kapal terbang melalui udara, bentuknya menyebabkan udara lebih banyak melalui bahagian atas dibandingkan bahagian bawahnya. Ini mewujudkan tekanan yang tinggi di bahagian bawah kapal terbang dibandingkan di atasnya.

Perbezaan tekanan menyebabkan sayap itu ditolak ke atas dan satu day angkat dihasilkan.

Prinsip Bernoulli Prinsip ini menyatakan bahawa laju yang bertambah menghasilkan tekanan yang berkurang

Daya angkat dihasilkan oleh bentuk aerofoil melaui kombinasi tekanan yang rendah di atas aerofoil dan tekanan tinggi d bawahnya.

Apakah yang akan berlaku kepada dua bola ping pong itu?

Fizik bola yang berputar.  Kunci kepada bola yang bergerak dalam lengkungan adalah dengan memutarkan bola. Bila bola bergerak melalui udara, udara yang melalui kedua-dua bahagian bola mempunyai halaju yang sama. Jika bola itu berputar , keadaan ini berubah:

Find out more of Sailing: From Work To Fun at http://www.seed.slb.com/en/scictr/watch/sailing/

Prinsip Jumlah tekanan dan tenaga kinetik satu sistem adalah tetap sepanjang laluannya alirannya. atau P + ½ρv² = permalar Oleh kerana P= Pο + ρgh, maka Pο + ρgh + ½ρv² = permalar Di mana:

ρ = Ketumpatan bendalir g = Pecutan graviti h = Ketinggian atau titik dalam bendalir v = Halaju bendalir pada satu titik Pο = Tekanan pada satu titik

Q  Satu terowong berhalaju-rendahyang mempunyai keratan rentas bulat Pada paras laut, A sea level, low-speed wind tunnel of circular cross section with a diameter upstream of the contraction of 20 ft and a test section diameter of 10 ft. The test section is vented to the atmosphere (sea level pressure is 2116 lb/ft2). If the working section velocity is 180 mph, calculate the following:  

a). Upstream section velocity. b). Upstream pressure

Clue

From continuity equation,

Then

b). From the Bernoulli equation,

Note that you need to change the 180 mph to feet per second.

Tutorial Questions 1. Satu baldi air adalah dalam keadaan rehat di atas satu mesin penimbang.

Adalah bacaan mesin penimbang berubah apabila satu bongkah plumbum yang tergantung dengan tali diturunka ke dalam air di mana ia dibenarkan terendam tanpa menyentuh dasar atau sisi baldi?

2. Jika bongkah plumbum itu digantung pada neraca spring, apakah yang berlaku kepada bacaan neraca apabila blok itu direndam di dalam air?

3. Bongkah ais (icebergs) adalah diperbuat daripada ais air tawar, mempunyai ketumpatan ﾏ（ = 0.92 x 103 kg/m3 pada 0oC. Air laut, disebabkan oleh garam yang terlarut, yang mempunyai ketumpatan ﾏ『 = 1.03 x 103 kg/m3. Apakah pecahan bongkah ais yang berada di bawah permukaan air?