推力の計算方法：12ステップ（写真付き） - チップ

ビデオ: 機械設計技術エアシリンダ理論推力計算 Air cylinder theory thrust calculation

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推力は、流体に沈められているすべてのオブジェクトに影響を与える、重力の方向とは反対の方向に作用する力です。物体が流体の中に置かれると、その重量が流体（液体または気体）を押し、浮力が物体を上向きに押し上げ、重力に抗して作用します。一般的に、この力は次の式を使用して計算できます。 F_B = V_s ×D×g、ここでF_B 浮力、V_s は液中の体積、Dは物体が液中に沈んでいる流体の密度、gは重力です。オブジェクトの推力を決定する方法については、手順1を参照して開始してください。

手順

方法1：浮力方程式を使用する

ボリュームを見つける オブジェクトの水没部分の。 オブジェクトに作用する浮力は、水中にあるオブジェクトの体積に正比例します。言い換えれば、物体が固いほど、それに働く浮力が大きくなります。これは、液体に沈む物体でさえ、それらを上方に押す力があることを意味します。この強度の計算を開始するための最初のステップは、水中にあるオブジェクトの体積を決定することです。方程式の場合、この値はメートル単位でなければなりません。
- 流体に完全に沈んでいるオブジェクトの場合、水没体積はオブジェクトと同じです。流体の表面に浮いている人は、表面より下の体積だけが考慮されます。
- 例として、水に浮かぶゴム球に働く浮力を見つけたいとしましょう。ボールが直径1メートルの完全な球体で、水中に半分浮かんでいる場合、球体の総体積を求めて2で割ることにより、水没部分の体積を求めることができます。球の体積は（4/3）π（半径）で与えられるため、結果は（4/3）π（0.5）= 0.524メートルになることがわかっています。 0.524 / 2 = 水中0.262メートル.
あなたの流体の密度を見つけます。 浮力を見つけるプロセスの次のステップは、オブジェクトが水没する密度（キログラム/メートル）を定義することです。密度は、物体の体積または物質の相対的な重量の尺度です。同じ体積の2つのオブジェクトが与えられた場合、密度が最も高いオブジェクトが最も重くなります。原則として、流体の密度が大きいほど、流体が及ぼす浮力が大きくなります。流体の場合、一般的に参照物質を調べることで密度を決定する方が簡単です。
- この例では、ボールは水に浮いています。学問の専門家に相談すると、水の密度はおよそ 1000キロ/メートル.
- 他の一般的な流体の密度は、エンジニアリングソースに記載されています。そのようなリストはここにあります。
重力（または別の下向きの力）を見つけます。 オブジェクトが浮いている場合でも、完全に水没している場合でも、常に重力の影響を受けます。現実の世界では、この一定の力は 9.81ニュートン/ kg。ただし、遠心分離機などの別の力が流体と水中の物体に作用している状況では、それらも合計下向きの力を決定するために考慮する必要があります。
- この例では、通常の静止系を扱っている場合、作用する力は上記の重力のみであると想定できます。
- しかし、ボールが水のバケツに浮かんでいて、水平な円を高速で回転している場合はどうでしょうか。この場合、水とボールの両方が落下しないようにバケットが十分に高速で回転していると仮定すると、この状況での下向きの力は、地球の重力ではなく、バケットの動きによって作成される遠心力に由来します。
体積×密度×重力を掛けます。 オブジェクトの体積（メートル単位）、流体の密度（ポンド/メートル単位）、および重力（またはシステムの下向きの力）の値がある場合、浮力を見つけるのは簡単です。これらの3つの量を単純に乗算して、ニュートンで力を求めます。
- 式Fの値を置き換えることにより、例を解決しましょう_B = V_s ×D×g。 F_B = 0.262メートル×1000キロ/メートル×9.81ニュートン/キロ= 2570ニュートン.
重力と比較して、オブジェクトが浮いているかどうかを確認します。 浮力の方程式を使用すると、オブジェクトが浸されている流体からオブジェクトを押し出す力を簡単に見つけることができます。ただし、もう少し作業することで、オブジェクトが浮くか沈むかを決定することもできます。オブジェクトの浮力を見つけるだけです（つまり、ボリューム全体をVとして使用します_s）、方程式G =（オブジェクトの質量）（9.81メートル/秒）で重力を見つけます。浮力が重力より大きい場合、オブジェクトは浮遊します。しかし、重力が大きいと沈みます。それらが同じである場合、オブジェクトは「中立」であると言います。
- たとえば、直径0.75メートル、高さ1.25メートルの20キログラムの円筒形の木製の樽が水に浮くかどうかを知りたいとします。これにはいくつかの手順が必要です。
  - その体積は、式V =π（半径）（高さ）で求められます。 V =π（0.375）（1.25）= 0.55メートル.
  - その後、重力と水の密度のデフォルト値を仮定すると、バレル内の浮力を決定できます。 0.55メートル×1000キロ/メートル×9.81ニュートン/キロ= 5395.5ニュートン.
  - ここで、バレル内の重力を見つける必要があります。 G =（20 kg）（9.81メートル/秒）= 196.2ニュートン。浮力よりもはるかに小さいため、バレルは浮上します。
流体が気体の場合も同じ手法を使用します。 リポ問題を解決するときは、流体が液体である必要はないことを覚えておいてください。ガスも流体と見なされ、他の種類の材料と比較して密度が低くても、一部のオブジェクトの重量を支えることができます。シンプルなヘリウム風船はその証拠です。気球内の気体は周囲の流体より密度が低いため、浮遊します！

方法2/2：単純な推力実験を行う

小さなカップまたはボウルを大きな容器に入れます。 一部の家庭用品では、浮力の原理を簡単に確認できます。この簡単な実験では、水中の物体が流体の体積と同じ体積の流体を変位させるため、水中の物体が浮力を体験することを示します。これを行いながら、実験の浮力を見つける方法も示します。まず、ボウルやカップなどの小さな容器を、大きなボウルやバケツなどの大きな容器に入れます。
コンテナを内側から端まで充填します。 次に、大きい方のコンテナに水を入れます。あなたは水位が転倒することなく、端を超えていることを望みます。注意してください！水をこぼした場合は、大きい容器を空にしてから再試行してください。
- この実験では、水の密度が1000キロ/メートルの標準値であると仮定しても安全です。塩水または別の液体を使用している場合を除き、ほとんどのタイプの水は基準に近い密度を持っています。
- スポイトを使用している場合は、内部コンテナの水位を確認すると非常に便利です。
小さな物体を水没させます。 さて、内側のコンテナの中に収まり、水によって損傷されない小さなオブジェクトを見つけます。このオブジェクトの質量をキログラムで求めます（これにはスケールを使用します）。次に、指を濡らさずに、オブジェクトが浮き始めるまで、またはオブジェクトを保持できなくなるまで、オブジェクトを水に浸します。内側のコンテナの水が外側のコンテナにこぼれているのがわかります。
- この例では、質量が0.05 kgのおもちゃのカートを内部コンテナの中に配置するとします。次に説明するように、推力を計算するために車の体積を知る必要はありません。
こぼれた水を収集して測定します。 オブジェクトを水中に沈めると、水の移動が起こります。そうでなければ、彼が水に入る余地はないでしょう。彼が液体を押すと、水が押し戻され、推力が発生します。こぼれた水を取り、計量カップに入れます。水の量は、水中の量と同じでなければなりません。
- 言い換えると、オブジェクトが浮いている場合、こぼした水の量は、水に沈んでいるオブジェクトの量と等しくなります。オブジェクトが沈む場合、こぼれる水の量はオブジェクト全体の量と同じです。
こぼれた水の重量を計算します。 あなたは水の密度を知っていて、こぼれた体積を測定できるので、あなたは質量を見つけることができます。単純に体積をメートルに変換し（このようなオンライン変換ツールが役立つ場合があります）、水の密度を掛けます（1000キロ/メートル）。
- この例では、カートが沈んで約2杯（0.00003メートル）移動したとしましょう。水の質量を見つけるには、その密度を掛けます:: 1000キロ/メートル×0.00003メートル= 0.03キロ.
変位したボリュームをオブジェクトの質量と比較します。 水中の質量と変位した質量がわかったので、それらを比較してどちらが大きいかを確認します。内側のコンテナに沈められた物体の質量が、押しのけられた水の質量よりも大きい場合は、沈んでいる必要があります。しかし、置き換えられた水の質量がこれよりも大きい場合、オブジェクトは浮いているはずです。これが浮力の原理です。オブジェクトが浮くためには、オブジェクトよりも大きな水の塊を移動させる必要があります。
- それでも、質量は小さいが体積が大きいオブジェクトは、最も浮くオブジェクトです。このプロパティは、中空オブジェクトが浮いていることを意味します。カヌーを考えてください。中空なので浮いているので、大きな質量がなくても多くの水を動かすことができます。カヌーがしっかりしていると、浮きにくいでしょう。
- この例では、車の質量は0.05 kgで、移動した水0.03 kgよりも大きくなっています。これは私たちの結果を裏付けています：車は沈みます。