Schubkraft

In diesem Artikel wird erklärt, was Schubkraft ist. Sie werden daher entdecken, wie man die Auftriebskraft berechnet, eine gezielte Anwendung dieser Art von Kräften und ihre Beziehung zum Auftrieb, einem wichtigen Konzept in der Strömungsmechanik.

Was ist Schubkraft?

Die Auftriebskraft ist eine nach oben gerichtete vertikale Kraft, die von einer Flüssigkeit ausgeübt wird, wenn ein Körper in sie eingetaucht wird. Genauer gesagt ist die Auftriebskraft gleich dem Gewicht des vom eingetauchten Körper verdrängten Volumens.

Die Schubkraft basiert also auf dem Prinzip des Archimedes. Aus diesem Grund wird die Auftriebskraft manchmal auch Auftriebskraft oder archimedische Auftriebskraft genannt.

Die Schubkraft wird durch den Druck erzeugt, den eine Flüssigkeit auf die Flächen eines untergetauchten Körpers ausübt. Da der Druck direkt proportional zur Tiefe ist, erfährt der tiefere Teil des Körpers einen größeren Druck als der obere Teil und daher übt die Flüssigkeit eine nach oben gerichtete Kraft auf den Körper aus.

Schubkraftformel

Die Schubkraft ist gleich dem Gewicht des Flüssigkeitsvolumens, das von dem (teilweise oder vollständig) in die Flüssigkeit eingetauchten Körper verdrängt wird. Daher wird die Schubkraft berechnet, indem die Flüssigkeitsdichte durch Schwerkraft mit dem verdrängten Flüssigkeitsvolumen multipliziert wird.

Die Formel für die Schubkraft lautet also:

Gold:

• 

  ist die Schubkraft, ausgedrückt in Newton.

• 

  ist die Dichte der Flüssigkeit, ausgedrückt in kg/m ³ .

• 

  ist der Wert der Erdbeschleunigung.

• 

  ist das vom eingetauchten Körper verdrängte Volumen.

Wie Sie bemerken, entspricht das Produkt aus Flüssigkeitsdichte und Schwerkraft dem spezifischen Gewicht der Flüssigkeit. Somit kann die Schubkraft auch durch den folgenden Ausdruck bestimmt werden:

Unter normalen Bedingungen wirkt die Schubkraft vertikal nach oben und ihr Angriffspunkt ist der Schwerpunkt des eingetauchten Körpers.

Beispiel zur Berechnung der Schubkraft

Nachdem wir die Definition der Schubkraft und ihre Formel kennengelernt haben, zeigt dieser Abschnitt ein Beispiel für die Berechnung dieser Art von Kraft.

• Ein Würfel mit einer Kantenlänge von 50 cm wird in einen mit Wasser (ρ=1000 kg/m ³ ) gefüllten Behälter gegeben. Wie groß ist der archimedische Schub, den die Flüssigkeit auf den Würfel ausübt, wenn der Würfel vollständig in den Behälter eingetaucht ist? Daten: g=9,81 m/ ^s2 .

Wenn der gesamte Würfelkörper in Wasser eingetaucht ist, bedeutet dies, dass das verdrängte Flüssigkeitsvolumen dem Volumen des Würfels entspricht. Wir berechnen daher zunächst das Volumen des Würfels:

Daher verwenden wir die Schubkraftformel, um ihren Wert zu ermitteln:

Und schließlich setzen wir die Daten in die Formel ein und berechnen die Schubkraft:

Auftrieb und Schubkraft

In diesem letzten Abschnitt werden wir die Beziehung zwischen Schubkraft und Auftrieb betrachten, da es sich um zwei eng verwandte Konzepte in der Physik handelt.

Unter Auftrieb versteht man die Fähigkeit eines Körpers, in einer Flüssigkeit im Gleichgewicht zu bleiben. Damit ein Gegenstand in einer Flüssigkeit schwimmen kann, muss die Auftriebskraft, die die Flüssigkeit auf den Körper ausübt, gleich der Kraft des Körpergewichts sein. Andernfalls hebt oder senkt sich der Körper je nach Fall.

• Positiver Auftrieb : Der Körper neigt dazu, in der Flüssigkeit aufzusteigen, sodass die Auftriebskraft größer ist als die Kraft des Körpergewichts.

Negativer Auftrieb : Der Körper neigt dazu, in der Flüssigkeit abzusinken, d. h. der Körper sinkt. Das bedeutet, dass die Schubkraft geringer ist als die Gewichtskraft.