Хидростатична сила на плаваемост - Механика на флуидите
Очакват ви още учебни видеоклипове и многобройни материали:
Пълен пакет за студенти по инженерство
Видеото се зарежда .
Ако видеоклипът не се появи след кратко време:
Ръководство за гледане на видео
Известно е, че тялото в течност (напр. Вода) има по-малко тегло, отколкото ако тялото е „на сушата“. Можете да измерите, че напр. много лесно с пружинен динамометър. Измервате тялото "на сушата", след което го потапяте във водата и отново измервате теглото. Ще видите, че тялото тежи по-малко във вода. Това означава, че силата трябва да противодейства на теглото в разглежданата течност. Тази сила, която противодейства на силата на тежестта, се нарича Плаваемост $ F_A $. Лифтът, от друга страна, е самият външен вид.
Причината за създаването на плаваемост е хидростатичното налягане (също гравитационното налягане), което е различно по размер на различни дълбочини (колкото по-дълбоко, толкова по-голямо).
Асансьорът може да бъде извлечен от него. Тъй като натиск при по-малка дълбочина $ h_1 $ е по-малка, отколкото при по-голяма дълбочина $ h_2 $, първоначално се прилага следното:
$ p_1 Щракнете тук, за да разширите
Законът на Архимед
Силата на плаваемост, действаща върху тялото, е равен теглото на количеството течност, изместено от него.
Така плаваемостта съответства на Тегло на изместената течност (Архимедов принцип):
Теглото на количеството течност $ G_ $, което се измества от тялото, може да бъде изчислено по:
метод
$ F_A = G_ = \ rho_ \; g \; V_ $ Плаваемост
Следователно силата на плаваемост $ F_A $ отчита плътността на течността $ \ rho_ $, гравитационното ускорение $ g = 9,81 \ frac $ и обема на изместената течност $ V_ $ (= обема на тялото).
От горното уравнение може да се заключи, че Плаваемост върху тялото, колкото по-голям е неговият потопен обем, толкова по-голям е той. В същото време обемът на потопеното тяло измества също толкова голям обем течност.
Забележете
Плаваемостта кара тялото да изпитва загуба на тегло. Тогава ефективното му тегло е само
метод
$ m $ маса на тялото
Следователно може да се твърди, че тяло, потопено в течност, изпитва плаваемост, което води до намаляване на ефективното тегло на тялото. Силата на плаваемост е теглото на обема на изместената вода (а не теглото на тялото).
Мивка, ставане, плаване
Следващият въпрос е дали потопеното тяло потъва, издига се или е в равновесие (плаващо). За това трябва да сравним теглото на тялото със силата на плаваемост:
метод
$ F_ = F_A - G_ $ Получената мощност
$ F_A = \ rho_ \ cdot g \ cdot V_ $
Три случая могат да произтекат от горната формула:
Случай 1: $ G_ F_A $
Получената сила $ F_ $ сочи вертикално надолу. Тялото се движи надолу.
Случай 3: $ G_ = F_A $
Получената сила е нула и тялото остава в своето положение (то се носи). В тази ситуация дори малки промени в статичното налягане са проблематични, което води до движение на тялото нагоре и надолу.
Обобщен лифт
Ако тялото е потопено в течност, налягането отдолу е по-голямо от налягането отгоре. Това води до вертикална сила на повдигане нагоре на тялото. Тази плаваемост съответства на теглото на изместената течност (закон на Архимед). Ако средната плътност на тялото е по-малка от плътността на течността, силата на плаваемост надвишава силата на тежестта. Тогава работи Не Ако върху него действат други сили (например хоризонтални сили), тялото се издига и плува. От друга страна, ако плътността му е по-голяма от тази на течността, тялото потъва надолу. Ако обаче плътността е същата, тялото остава в позицията си.
Пример: сила на повдигане и получена сила
пример
Нека се дадат две топки, и двете са потопени във вода. Едната топка е направена от стомана с плътност $ \ rho = 7.85 kg/dm ^ 3 $, другата топка е направена от дърво с плътност $ \ rho = 0.8 kg/dm ^ 3 $. Двете топки са с диаметър 200 мм. Водата има плътност $ \ rho = 999,97 kg/m ^ 3 $.
Колко големи са плаващите сили на двете топки?
Каква е получената сила на двете топки? Какво точно се случва с топките?
На първо място се определят силите на плаваемост на двете топки. Силата на плаваемост е равна на теглото на количеството вода, изместено от топките. Това означава, че се вземат предвид плътността на водата, обемът на тялото (= изместен обем вода) и гравитационното ускорение:
$ F_A ^ = 999,97 \ frac \ cdot 9,81 \ frac \ cdot \ frac \ pi \ cdot (0,1 м) ^ 3 = 41,09 N $.
$ F_A ^ = 999,97 \ frac \ cdot 9,81 \ frac \ cdot \ frac \ pi \ cdot (0,1 м) ^ 3 = 41,09 N $.
Както вече беше описано по-горе, силата на повдигане е сила, насочена вертикално нагоре (тъй като силата от долната страна е по-голяма от силата отгоре). Тъй като тук се приема положителна нагоре z-ос, $ F_A $ е положителна.
И двете плаващи сили са еднакви, тъй като се вземат предвид само плътността на водата и обемът на топчетата. Тъй като и двата имат еднакъв обем, силите на повдигане също са еднакви. Дървената топка обаче има много по-ниска плътност от стоманената. Резултантът вече може да се използва за определяне какво точно се случва с топките във водата.
$ F_ ^ = (999,97 \ frac - 7,850 \ frac) \ cdot 9,81 \ frac \ cdot \ frac \ cdot \ pi \ cdot (0,1 м) ^ 3 = -281,48 N $.
Отрицателният знак означава, че получената сила е насочена надолу. Това от своя страна означава, че топката се движи надолу.
$ F_ ^ = (999,97 \ frac - 800 \ frac) \ cdot 9,81 \ frac \ cdot \ frac \ cdot \ pi \ cdot (0,1 м) ^ 3 = 8,22 N $.
Положителният знак означава, че получената сила е насочена нагоре. Това от своя страна означава, че топката се движи нагоре.
Дълбочината на потапяне тук няма влияние, докато топката е напълно потопена.
Видео: Хидростатична сила на плаваемост
Видеото се зарежда .
Ако видеоклипът не се появи след кратко време:
Ръководство за гледане на видео
Друго интересно съдържание по темата
Размери за конструкцията на превозното средство
Може би темата за размерите на конструкцията на автомобила (класове превозни средства) от нашия онлайн курс също е за вас Технология на превозното средство Интересно.
Взаимодействие на няколко сили
Може би темата за взаимодействието на няколко сили (кинетика: причина за движенията) от нашия онлайн курс също е за вас физика Интересно.
Инерционна система
Може би темата за инерционната система (кинетика на точката на масата) от нашия онлайн курс също е за вас Инженерна механика 3: динамика Интересно.