Как посчитать плавучесть цилиндра (2 видео)

Калькулятор написан по запросу пользователя, который звучал так: «расчет веса цилиндра в жидкости».
В данном случае понятно, что речь идет о законе Архимеда
«На тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости (называемая силой Архимеда)»

Дальше текст капитана Очевидность.
Понятно, что на тело действует сила тяжести, равная или . Если тело погрузить в воду, то сила Архимеда начнет компенсировать силу тяжести. И как видно из формулы, все будет зависеть от плотности тела. Если плотность тела больше плотности жидкости — оно утонет, если меньше — будет выскакивать из воды, пока силы не уравновесятся (сила Архимеда будет уменьшаться за счет уменьшения объема тела погруженного в жидкость). Часть объема, оставшегося под водой, будет определяться соотношением плотностей — если плотность тела в два раза меньше плотности жидкости, погрузится только половина объема. Ну тут все тривиально.

Теперь с весом — вес будет уменьшаться на величину силы Архимеда. Уже есть, что посчитать. Мы можем не знать плотности тела, но зная его объем можно найти силу Архимеда, на которую и будет уменьшен вес. А поскольку под весом у нас обычно понимают массу, заодно расчитаем, какая масса воды была вытеснена, т.е. на сколько килограмм «уменьшилась» масса тела, погруженного в жидкость.

Содержание

Х. Дю Плесси. Малотоннажные суда из стеклопластика, оснащение, обслуживание, ремонт
Архимедова сила: что это такое и как действует
«Эврика!» Открытие закона Архимеда
Формула силы Архимеда
Как действует сила Архимеда
Сила Архимеда в жидкости: почему корабли не тонут
Сила Архимеда в газах: почему летают дирижабли
Когда сила Архимеда не работает
Интересное по рубрике
Найдите необходимую статью по тегам
Подпишитесь на нашу рассылку
Мы в инстаграм
Рекомендуем прочитать
Реальный опыт семейного обучения
📺 Видео

Видео:2 Плавучесть и непотопляемостьСкачать

Х. Дю Плесси. Малотоннажные суда из стеклопластика, оснащение, обслуживание, ремонт

Профессиональная химия для профессионального клининга на железнодорожном транспорте, моющие средства для уборки сертифицированные ВНИИЖТ- «Фаворит К» и «Фаворит Щ», внутренняя и наружная замывка вагонов.

Условия размещения статей смотрите здесь

Один кубический метр объема воздушного ящика создает положительную плавучесть, равную 1000 кгс в пресной воде и 1040 кгс в соленой. При расчетах следует руководствоваться первым значением.

Пенополистирол обладает положительной плавучестью в пресной воде около 900-950 кгс на 1 м3 объема, что не составляет существенной разницы по сравнению с плавучестью, создаваемой объемом воздушного ящика. Ниже приведены значения удельной плавучести материалов в пресной воде.

Пенополистирол. 960-990
Пенопласт полихлорвиниловый . 800-930
Пенополиуретан. 830-970
Пеноизоцианат. 800-900
. 800-930
Пробка. 730-790
Бальзовая древесина. 640-960
Воздушное заполнение:
в пресной воде. 1000
в соленой воде. 1040

Согласно Международной конвенции 1960 г. по спасению на море положительная плавучесть, необходимая для поддержания человека на воде, составляет 65 кгс.

Таблица 3 Характеристики различных материалов, используемые для расчета плавучести

Таблица 4 Плавучесть шлюпки длиной 2,5 м

Как уже отмечалось, плотность стеклопластика ниже, чем стали, а следовательно, для обеспечения безопасности судна из стеклопластика требуется меньший запас плавучести. Плотность стеклопластика составляет около 1,5, так что его масса в погруженном состоянии равна лишь одной трети его массы вне погружения, т. е. суда из стеклопластика являются легковесными. Например, для поддержания небольшой формованной шлюпки массой 20 кг требуется усилие, равное 5,7 кгс, что соответствует объему около 0,01 м3. Благодаря значительному количеству деревянных деталей внутренней отделки объем может быть еще меньше.

Читайте также: Цилиндр который лежит как называется

В противоположность этому для поддержания энергетической установки и оборудования или балластного киля, имеющих значительную массу, требуется плавучесть, равная 90% массы этих конструкций. В то же время объем, равный 0,01 м3, который поддерживает шлюпку массой 20 кг, достаточен лишь для поддержания массы 7,5 кг, что составляет примерно половину массы небольшого подвесного мотора.

Трехслойная конструкция имеет обычно легкий заполнитель и обладает соответствующей плавучестью, значение которой зависит от толщины и материала заполнителя. Она гарантирует поддержание по крайней мере самого корпуса и тем самым обеспечивает непотопляемость (табл. 3).

Таблица 5 Плавучесть моторной лодки длиной 3,6 м

Таблица 6 Плавучесть парусной яхты длиной 6 м

Примечание. При удельной плавучести 960 кгс/м3 объем 0,764 м3 обеспечивает плавучесть, эквивалентную усилию 732 кгс. Такой объем составляет значительную часть пространства небольшого судна, равную, например, пространству, занимаемому одним спальным местом. В то же время плавучесть, необходимая для поддержания команды, не превышает 5%.

Для правильной оценки данных, представленных в табл. 3. следует помнить, что свинец массой 40 кг представляет собой небольшой кусок, но 40 кг стеклопластика — это уже масса, вполне достаточная для изготовления судна. Для поддержания свинца требуется в десять раз больший объем плавучести по сравнению с собственным объемом, для поддержания стеклопластика- только половина от собственного объема, а человека — одна десятая.

Из табл. 4-6 видно, как пользоваться данными, приведенными в табл. 3, при определении плавучести судна любого типа. Представленные в табл. 4-6 значения являются приближенными, хотя и типичными. Следует рассматривать каждый отдельный случай в соответствии с действительными массовыми нагрузками.

Необходимо исходить всегда из наихудших условий при максимальной нагрузке, поскольку именно при таких обстоятельствах авария наиболее вероятна. Разумно рассматривать такое решение как едва достаточный минимум и ориентироваться на обеспечение максимально возможного запаса плавучести. Это особенно важно применительно к судну, оснащенному пустотелыми ящиками, плавучесть которых может быть утрачена в результате течи при повреждении. Следует исходить при расчетах из предположения, что по меньшей мере один воздушный ящик может быть выведен из строя. В случае использования ящиков с пенозаполнителем необходимости в таком допущении не возникает.

Видео:Курс идеальной плавучестиСкачать

Архимедова сила: что это такое и как действует

Рассказываем, почему железные корабли не тонут, а воздушные шары летают, что такое «эврика» и при чём здесь Дональд Дак.

Гениальный учёный Архимед, живший в древнегреческих Сиракузах в III веке до нашей эры, прославился среди современников как создатель оборонительных машин, способных перевернуть боевой корабль. Другое его изобретение, «Архимедов винт», по сей день остаётся важнейшей деталью гигантских буровых установок и кухонных мясорубок. Мир обязан Архимеду революционными открытиями в области оптики, математики и механики.

Его личность окутана легендами, порой весьма забавными. С одной из них мы и начнём нашу статью.

Читайте также: Мерк 40 3 цилиндра

Видео:#дайвинг #обучениедайвингу #обучение Дайвинг и нейтральная плавучесть #полезныесоветы #scubadivingСкачать

«Эврика!» Открытие закона Архимеда

Однажды царь Сиракуз Гиерон II обратился к Архимеду с просьбой установить, действительно ли его корона выполнена из чистого золота, как утверждал ювелир. Правитель подозревал, что мастер прикарманил часть драгоценного металла и частично заменил его серебром.

В те времена не существовало способов определить химический состав металлического сплава. Задача поставила учёного в тупик. Размышляя над ней, он отправился в баню и лёг в ванну, до краёв наполненную водой. Когда часть воды вылилась наружу, на Архимеда снизошло озарение. Такое, что учёный голышом выскочил на улицу и закричал «Эврика!», что по-древнегречески означает «Нашёл!».

Он предположил, что вес вытесненной воды был равен весу его тела, и оказался прав. Явившись к царю, он попросил принести золотой слиток, равный по весу короне, и опустить оба предмета в наполненные до краёв резервуары с водой. Корона вытеснила больше воды, чем слиток. При одной и той же массе объём короны оказался больше, чем объём слитка, а значит, она обладала меньшей плотностью, чем золото. Выходит, царь правильно подозревал своего ювелира.

Так был открыт принцип, который теперь мы называем законом Архимеда:

На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объёме погружённой части тела.

Эта выталкивающая сила и называется силой Архимеда.

Видео:Блоки плавучести на лодкеСкачать

Формула силы Архимеда

На любой объект, погружённый в воду, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Таким образом, вес объекта, погружённого в воду, будет отличаться от его веса в воздухе в меньшую сторону. Разница будет равна весу вытесненной воды.

Чем больше плотность среды — тем меньше вес. Именно поэтому погрузившись в воду, мы можем легко поднять другого человека.

Выталкивающая сила зависит от трёх факторов:

плотности жидкости или газа (p);
ускорения свободного падения (g);
объёма погружённой части тела (V).

Сопоставив эти данные, получаем формулу:

Видео:Плавание судовСкачать

Как действует сила Архимеда

Поскольку сила Архимеда, действующая на тело, зависит от объёма его погружённой части и плотности среды, в которой оно находится, можно рассчитать, как поведёт себя то или иное тело в определённой жидкости или газе.

Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа — оно будет плавать на поверхности.

Если плотности тела и жидкости или газа равны — тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.

Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, — оно уйдёт на дно.

Сила Архимеда в жидкости: почему корабли не тонут

Корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Но если корабль получит пробоину и пространство внутри заполнится водой, то общая плотность судна увеличится, и оно утонет.

В подводных лодках существуют специальные резервуары, заполняемые водой или сжатым воздухом в зависимости от того, нужно ли уйти на глубину или подняться ближе к поверхности. Тот же самый принцип используют рыбы, наполняя воздухом специальный орган — плавательный пузырь.

На тело, плотно прилегающее ко дну, выталкивающая сила не действует. Это учитывают при подъёме затонувших кораблей. Сначала судно слегка приподнимают, позволяя воде проникнуть под него. Тогда давление воды начинает действовать на корабль снизу.

Читайте также: Цилиндр для лодочного мотора салют

Но чтобы поднять корабль на поверхность, необходимо уменьшить его плотность. Разумеется, воздух в получившем пробоину корпусе не удержится. Поэтому его заполняют каким-нибудь лёгким веществом, например, шариками пенополистирола.

Примечательно, что эта идея впервые пришла в голову не учёным, а авторам диснеевского комикса, в котором Дональд Дак таким образом поднимает со дна яхту Скруджа Макдака. Датский инженер Карл Кройер (Karl Krøyer), впервые применивший метод на практике, по собственному признанию вдохновлялся «Утиными историями».

Сила Архимеда в газах: почему летают дирижабли

В воздухе архимедова сила действует так же, как в жидкости. Но поскольку плотность воздуха обычно намного меньше, чем плотность окружённых им предметов, выталкивающая сила оказывается ничтожно мала.

Впрочем, есть исключения. Воздушный шарик, наполненный гелием, стремится вверх именно потому, что плотность гелия ниже, чем плотность воздуха. А если наполнить шар обычным воздухом — он упадёт на землю. Плотность воздуха в нём будет такая же, как у воздуха снаружи, но более высокая плотность резины обеспечит падение шарика.

Этот принцип используется в аэростатах — воздушные шары и дирижабли наполняют гелием или горячим воздухом (чем горячее воздух, тем ниже его плотность), чтобы подняться, и снижают концентрацию гелия (или температуру воздуха), чтобы спуститься. На них действует та же выталкивающая сила, что и на подводные лодки. Именно поэтому перемещения на аэростатах называют воздухоплаванием.

Учите физику вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду PHYSICS72021 вы получите бесплатный доступ к курсу физики 7 класса, в котором изучается архимедова сила.

Видео:Плавание телСкачать

Когда сила Архимеда не работает

Если тело плотно прилегает к поверхности. Если между телом и поверхностью нет жидкости или газа — нет и выталкивающей силы. Именно поэтому подводным лодкам нельзя ложиться на илистое дно — мощности их двигателей не хватит, чтобы преодолеть давление толщи воды сверху.
В невесомости. Наличие веса у жидкости или газа — обязательное условие для возникновения архимедовой силы. В состоянии невесомости горячий воздух не поднимается, а холодный не опускается. Поэтому на МКС создают принудительную конвекцию воздуха с помощью вентиляторов.
В растворах и смесях. Если в воду налить спирт, на него не будет действовать сила Архимеда, хотя плотность спирта меньше плотности воды. Поскольку связь между молекулами спирта слабее, чем связь молекул воды, он растворится в воде, и образуется новая жидкость — водный раствор спирта.