Сила Архимеда. Плавание тел
Сила Архимеда. Плавание тел
2.5.1. Закон Архимеда
Закон Архимеда - это закон, согласно которому на всякое тело, погруженное в жидкость (или газ), действует со стороны этой жидкости (газа) поддерживающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости (газа), направленная вверх и приложенная к центру тяжести вытесненного объёма (рис. 2.12).
(2.19)
где W – объем погруженного тела.
Рис. 2.12. Поддерживающая сила
Сила F называется поддерживающей силой; ее также называют также архимедовой, или силой водоизмещения, или гидростатической подъёмной силой.
Рекомендуемые материалы
Если вес тела P меньше поддерживающей силы F, тело всплывает на поверхность жидкости до тех пор, пока вес вытесненной погруженной частью тела жидкости не станет равным поддерживающей силе. Если вес тела больше поддерживающей силы, тело тонет; если же вес тела равен поддерживающей силе, тело плавает внутри жидкости
2.5.2. Плавание тел
Плавание тел – это состояние равновесия твёрдого тела, частично или полностью погруженного в жидкость (или газ). Основная задача теории плавания тел - определение положений равновесия тела, погруженного в жидкость, выяснение условий устойчивости равновесия. Простейшие условия плавания тел указывает закон Архимеда.
Для однородного тела плавающего на поверхности справедливо соотношение
где: V - объем плавающего тела; ρm - плотность тела.
Существующая теория плавающего тела довольно обширна, поэтому мы ограничимся рассмотрением лишь гидравлической сущности этой теории.
Способность плавающего тела, выведенного из состояния равновесия, вновь возвращаться в это состояние называется устойчивостью. Вес жидкости, взятой в объеме погруженной части судна называют водоизмещением, а точку приложения равнодействующей давления (т.е. центр давления) - центром водоизмещения. При нормальном положении судна центр тяжести С и центр водоизмещения d лежат на одной вертикальной прямой O'-O", представляющей ось симметрии судна и называемой осью плавания (рис.2.14).
Рис. 2.14. Поперечный профиль судна
Люди также интересуются этой лекцией: 8.4 Приспособление (уступка, коллаборационизм).
Пусть под влиянием внешних сил судно наклонилось на некоторый угол α, часть судна KLM вышла из жидкости, а часть K'L'M', наоборот, погрузилось в нее. При этом получили новое положении центра водоизмещения d'. Приложим к точке d' подъемную силу R и линию ее действия продолжим до пересечения с осью симметрии O'-O". Полученная точка m называется метацентром, а отрезок mC = h называется метацентрической высотой. Будем считать h положительным, если точка m лежит выше точки C, и отрицательным - в противном случае.
Теперь рассмотрим условия равновесия судна:
1) если h > 0, то судно возвращается в первоначальное положение;
2) если h = 0, то это случай безразличного равновесия;
3) если h<0, то это случай неостойчивого равновесия, при котором продолжается дальнейшее опрокидывание судна.
Следовательно, чем ниже расположен центр тяжести и, чем больше метацентрическая высота, тем больше будет остойчивость судна.
