Статична плаваемост AustriaWiki в Австрийския форум

The статична плаваемост (в течности също хидростатична плаваемост, [1] в газове аеростатична плаваемост) е явлението, че тяло, потопено в течност (течност или газ) в покой, изглежда отслабва. [2] Изглежда, че тялото е станало по-леко, дори може да бъде „издърпано“. С други думи: теглото му е частично, напълно или прекомерно чрез статична плаваемост (също хидростатична плаваемост [3]) компенсиран.

(Хидро) статичният тласък често се използва с (хидро) статиката Плаваемост приравнен, [4] въпреки че плаваемостта всъщност се използва само за описание на ефекта, който се създава от силата.

Ако теглото на тялото е по-голямо от действащата в момента сила на плавучест, тялото потъва в течността от. Във флотски жаргон това ще е така отрицателно повдигане или Подценяване споменати, например в случая на клетки с подвижна сила в подводниците. Ако теглото е по-малко, тялото се издига в течността На. Движение, задвижвано от плаваемост, завършва, когато силата на плаваемост и теглото намерят нов баланс. Например, балон с горещ въздух се издига, докато достигне слой въздух с по-ниска плътност, което причинява по-малко плаваемост и има същата плътност като балона. Когато има равновесие на силите, балонът се носи без промяна във височината. В подводница, която се появява на повърхността, може да се постигне равновесие чрез частично напускане на водата и по този начин намаляване на нейната плаваемост. Подводницата се носи на повърхността.

Силата на статичната плаваемост се дължи на принципа на Архимед, т.е.зависи от теглото, което е действало върху течността, която сега е изместена. Плътността на тялото често се сравнява с тази на течността, за да се направи изявление за потъването, плаването или издигането на тялото. Връзката със специфичното тегло на течността е остаряла.

Станете обекти на течност тече наоколо, динамичният повдигач също може да действа (което, когато е насочено надолу като контактно налягане, също като Притискаща сила е обозначен), това динамичен Плаваемостта е физическият принцип, зад който летят птици, самолети и хеликоптери.

Физически произход

Плаваемостта на тялото, потопено във флуид, идва от факта, че налягането на флуид в гравитационното поле, така нареченото хидростатично налягане, се увеличава с дълбочина [5], тоест за всяко удължено тяло „отдолу“ и „отгоре“ е различно. Например, ако кубовидно тяло е потопено с основата си в течност, хидростатичното налягане върху основата (на снимката като б маркиран) по-голям, отколкото отгоре (а). [5] В случай на тела с неправилна форма, статичната сила на плаваемост е силата, произтичаща от (вертикалните) компоненти на силата на хидростатичните налягания, които действат върху всички повърхностни части. [5]

От потопения кубоид може да се изведе: Сила на плавучест F A> действа върху тяло, което е потопено в течност с плътност ρ с количеството:

V е обемът на течността, изместена от тялото, g ускорението поради гравитацията.

Продуктът на плътност и обем ρ V е масата на течността, изместена от тялото. И g ρ V е неговото тегло. По този начин статичната сила на плаваемост съответства на теглото на течността, която би била на мястото на потопеното тяло.

Тази връзка е известна като Архимедов принцип.

Ако статичната сила на плаваемост F → A> _> се сравнява с теглото F → G> _ >> на разглежданото тяло, тогава съотношението на плътността на тялото и течността е определящо за това сравнение. Това е обобщено по такъв начин, че тялото плава в течност, когато средната му плътност е точно същата като тази на околната течност, че се издига при по-ниска плътност или потъва при по-висока плътност.

Хидростатичният парадокс гласи, че налягането зависи само от дълбочината, а не от формата на течността. Следователно силата на плаваемост е независима от количеството течност, в което е потопено тялото. Следователно принципът се прилага и ако все още наличната течност има по-малък обем от потопената част на поплавъка.

Силата на плаваемост е по-малка от силата на тежестта: потъване

Силата на плаваемост не само действа върху всяко тяло, когато е потопено в плувен басейн, но е еднаква и във въздуха. Този ефект е много по-малък при нормални обстоятелства (

Фактор 1000), отколкото в течност, за прецизно претегляне трябва да се вземе предвид, че при определяне на масата във въздуха като приблизителна стойност се получава само стойността на претеглянето. Дори при малки тела като капчици петрол във въздуха, плаваемостта трябва да се вземе предвид за прецизно измерване на баланса на силите, вижте експеримента на Millikan.

Според легендата Архимед от Сиракуза е трябвало да провери съдържанието на злато в короната и е потопил короната веднъж, а след това златно кюлче със същото тегло в пълен съд за вода и е измерил количеството преливаща вода. Галилео Галилей подозира, че вместо това Архимед използва лъчева везна, подобна на показаната по-горе, за измерване на разликите в плътността поради различна плаваемост във водата.

Плаваемостта е по-голяма от теглото: възходящо

Силата на повдигане е равна на тежестта

Задръжте курсора на мишката

Плуване на повърхността

Ако в допълнение към теглото си F → ​​G> _ >>, само статичната плавучест F → A> _> действа върху неподвижно, частично потопено тяло (например кораб), тогава се прилага сила на плаваемост в статично равновесие

независимо върху плътността на водата, която оказва влияние върху дълбочината на проникване на тялото (в равновесие F A/(ρ ¯ V) = g ¯> /> V)> = >>)

Така нареченото плувно равновесие [14] гласи, че:

Потопен общ обем = плътност d. плътност на плаващото тяло на течността >>> = >>>> [14]

Използване: тяга на кораби

Плаващите кораби са в стабилно равновесие: Когато се потопят по-дълбоко във високи вълни, изместеният обем вода и по този начин плаваемостта се увеличават и те се повдигат отново. Ако се вдигнат твърде далеч, размерът на изместената вода и плаваемостта намаляват и гравитацията им позволява да се потопят отново.

Ако кораб се накланя на една страна, напр. Б. при завъртащ се кръг или напречен вятър тягата се увеличава от тази страна, докато намалява от другата страна. Според променените условия на налягане центърът на повдигането се измества и възниква момент, който противодейства на наклона и връща кораба в изходно положение веднага щом външното влияние отслабне.

Ако фериботът е натоварен, теглото му се увеличава, така че потъва по дълбоко навлиза във водата и измества повече вода, отколкото в ненатоварено състояние. Поради по-голямата дълбочина на потъване тогава действа Повече ▼ Сила на плаваемост, това винаги е в равновесие със (сега по-голямата) сила на тежестта.

Ако този кораб се движи от Северно море към Елба и по този начин преминава от солена към прясна вода (която има по-ниска плътност от солената вода), силата на плаваемост ще намалее в прясна вода с непроменена дълбочина на потапяне. Следователно корабът потъва по дълбоко докато силата на плаваемост на по-големия потъващ обем отново не е в равновесие с теглото на кораба.

статична
Марка на надводния борд (вляво) и маркировка на товаренето (вдясно) на кораб: TF = сладководни тропици на надводния борд
F = надводен борд в прясна вода
T = надводен борд в тропическа морска вода (морска солена вода)
S = летен знак за натоварване в езерната вода
W = надводен борд в морска вода през зимата
WNA = Надводен борд в морска вода през зимата в Северния Атлантик

Товарните етикети на корабите показват (разрешената) дълбочина на потапяне във вода с различна плътност. Горните два хоризонтални горни ръба на стъпалото (в посока на кръговата) надводния борд за сладка вода във вътрешни води, четири долни един под друг за по-плътната солена вода в моретата с различни температури.

Ако метанът се взриви от подводни депа на метанхидрат, това може да представлява риск за корабоплаването. Шотландските учени отдават това на потъването на риболовен траулер, открит в Дупката на вещиците в Северно море. Следователно надигащите се газови мехурчета могат да намалят плътността на морската вода до такава степен, че корабите изведнъж да загубят способността си да плуват. [15] [16]

Приложение: измерване на плътността, измерване на температурата

Сила на плаваемост F A> въздейства върху ареометър (наричан още вретено за плътност), който е потопен в течност с плътността ρ, с количеството:

Следователно от дълбочината на проникване могат да се направят изводи за плътността на течността и по този начин евентуално за съдържанието на разтворени вещества, което може да се отчете в скала, адаптирана към целта на хидрометъра. Типичен пример за това е мащабният аерометър.

В течен термометър според Галилео Галилей, поплавъците са подредени според температурно-зависимата плътност на флуида на различни височини в съответното равновесно положение

Термометър „Галилео“ показва температурата на течността въз основа на плаваемостта на различни тела в течността. Използваните за тази цел стъклени сфери, чийто диаметър е по-голям от половината от вътрешния диаметър на цилиндъра [17] (за да останат в стратификацията и да не се „изпреварват“ една друга), бяха балансирани с помощта на течности, така че средната им плътност от най-горната сфера до най-ниската топка се увеличава. Тъй като плътността на течността зависи от температурата, плаваемостта се променя в зависимост от температурата. При определена температура всички сфери се издигат, средните плътности на които са по-малки от средната плътност на течността, която ги заобикаля. Всички сфери потъват, чиято средна плътност е по-голяма от средната плътност на околната течност. Текущата температура може да се прочете от стикера, прикрепен към топката, плаваща в дъното. [17] Ако след това течността се нагрее, т.е. нейната плътност намалее, друга топка потъва и новата температура отново може да се отчете от стикера, прикрепен към топката, плаваща в дъното.

Ефектът на плаваемост, който се променя с температурата, се проявява и по време на подводни гмуркания, когато температурата на морската вода намалява с увеличаване на дълбочината на водата или подводницата редува топло и студено морско течение по време на статично гмуркане.

Вижте също илюстрацията на маркировките за натоварване на кораби по-горе, които отчитат различната плаваемост на корабите през лятото и зимата и в студените води на Северния Атлантик и в по-топлите тропически води.

Приложение: физически играчки

Вижте също

Уеб връзки

Индивидуални доказателства

  1. ↑ Ърнст Лехер: Механика и акустика - топлина - оптика.ISBN 3-11-121275-0, стр. 121 (ограничен преглед в Google Търсене на книги), последен достъп през февруари 2020 г.
  2. ↑ Джоузеф Х. Спърк: Механика на флуидите.ISBN 3-540-61308-0, стр. 143 (ограничен преглед в Google Търсене на книги), последен достъп през февруари 2020 г.
  3. ↑Течения. Стр. 12 (ограничен преглед при търсене на книги в Google), последен достъп през февруари 2020 г.
  4. ↑Физика и радиотехника за моряци. Стр. 48 (ограничен преглед при търсене на книги в Google), последен достъп през февруари 2020 г.
  5. 123 Дъглас К. Джанколи: физика.ISBN 3-86894-023-5, стр. 460 (ограничен преглед при търсене на книги в Google)
  6. ↑ Тези сгради станаха много по-скъпи от планираното; на weser-kurier.de
  7. ↑ Ханс-Йоахим Шлихтинг (учител по физика)
  8. ↑ Ханс-Йоахим Шлихтинг (учител по физика)
  9. ↑ Дейвид Халидей, Робърт Ресник, Jearl Walker: Физика на празника.ISBN 978-3-527-81260-8, стр. 467 (ограничен преглед в Google Търсене на книги), последен достъп през февруари 2020 г.
  10. ^ Клифорд А. Пиковър: Архимед за Хокинг. Oxford University Press USA - OSO, 2008, ISBN 978-0-19-533611-5, стр. 41 .
  11. ^ Теодор Пьошл: Плуване на тялото. В: Учебник по хидравлика за инженери и физици. Springer, Berlin/Heidelberg 1924, ISBN 978-3-642-98315-3, pp. 27–35, doi: 10.1007/978-3-642-99127-1_4 (springer.com [достъп до 25 февруари 2020 г.]).
  12. ↑ Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik 1 (= учебник на Springer). Springer, Berlin/Heidelberg 2018, ISBN 978-3-662-54846-2, doi: 10.1007/978-3-662-54847-9 (springer.com [достъп до 25 февруари 2020 г.]).
  13. ^ Джохоу, Е. Фоерстър: изчисляване и проектиране на корабите. В: Книга за помощ за корабостроенето. Springer, Berlin/Heidelberg 1928, ISBN 978-3-642-50392-4, стр. 1–150, doi: 10.1007/978-3-642-50701-4_1 (springer.com [достъп до 25 февруари 2020 г.]).
  14. 12 Томас Кристи: Хидравлика. В: формули и таблици основни познания по технология. Vieweg + Teubner Verlag, Wiesbaden 1997, ISBN 978-3-528-14976-5, стр. 197–208, doi: 10.1007/978-3-322-89910-1_16 (springer.com [достъп до 25 февруари 2020 г.] ).
  15. ↑ BBC News: Развалина в Северно море в мистерия на метан. 29 ноември 2000 г. (достъп 23 юли 2013 г.).
  16. ↑ Ханс-Йоахим Шлихтинг (учител по физика)
  17. 12Игри, физика и забавление. Стр. 87 (ограничен преглед при търсене на книги в Google).

"Хидростатичният парадокс" също трябва да бъде формулиран по следния начин: Налягането на дъното не зависи от формата на съда и зависи само от специфичното тегло на течността и от перпендикулярното разстояние на нивото на течността от дъното.

-- Химмелбауер Йозеф, петък, 15 ноември 2013 г., 19:07