Плуване органи и Архимед

Защо някои тяло поплавък, други потъват?

Вероятно всеки понякога се чудеше - защо някои органи плаващи на повърхността на водата, а плават на повърхността, дори и ако те се опитват да се потопите в дълбините, а други отиват в дъното, едва докосвайки водата?

Този прост, но досадно въпрос отиде в някой от древни времена, тъй като тя е станала да се знае по света, не само в търсене на годни за консумация, но също така и в търсене на интересна т. Е. От тогава той се превръща в човек повече или по-малко разумно.

Тя ще изглежда, че всичко е много просто - ако нещо не е по-лек от водата - тя плува на повърхността, ако тя е по-тежка - със сигурност да се удави. Но, отново, той трябва да бъде низ от други въпроси - защо не потъне тежка желязна крайцер? И откъде знаеш - колко дълбоко се потопите във водата, или на този орган, и каква част от него ще остане над повърхността?
Ключът към този пъзел никой не е предложил за дълго време. И само един от многото милиони представители на човешката раса, племе е в състояние да погледнете този мистерия по-дълбоко - или по-скоро, потопен във водна баня.
Но нека ред.

Помислете за действието на сили на организма, напълно потопен в течност.
Заявявам, че дясното призмата ъгъл се потапя в течността (виж. Фиг. 1) и да определя какво сили действат върху лицето му.

Страничните стени на призмата са под действието на хидростатичното налягане Р1 сили. Р2. P3 "и Р4. са взаимно се изключват взаимно от противоположните страни и не предизвикват дисбаланс. Но сили хидростатичното налягане Р1 и Р2. действа върху горната и долната (хоризонтално) страна на призмата, идентични.
От двете хоризонтални повърхности Δ S са външни сили (например атмосферни) P0 и налягане сили равно тегло на вода през тези стълбове изправена. Силата действа на долната страна е насочена нагоре и силата, действаща върху горната страна - надолу (разбираемо е, че външната сила не може да действа ни в призмата).

Както е определено от Blaise Pascal. външно налягане (например атмосферно) се прехвърля еднакво в целия обем на всяка течност това петно. След това, като се има предвид, равна площ горната и долната повърхности, може да се заключи, че силата на външния натиск, действащ от горните и долните повърхности на призмата са равни по сила и не нарушава равновесието.

Но, както вече бе отбелязано, в допълнение към P0 външното налягане при всеки сайт в размер на актове флуид под налягане, което се дължи на теглото на течност течение на обекта. Очевидно е, че натискът върху горните и долните повърхности на призмата ще се различават, тъй като те са разположени на различни дълбочини.

Ами, защото налягането варира, и силите, които действат на страната на призмата, също не е със същия размер. На горната повърхност на колона действа силата на налягане на течността по-малка от долната граница, и (при положение, че областта на тези лица са равни) може да се заключи, че разликата е равно на теглото на течността, съдържаща се между лицата височина Н. Т. Е. Равно на течност тегло Той заключи, в размер на нашата призма.

Следователно, долната страна на призмата ще действа сила нагоре и надвишава надолу сила действа върху горната повърхност със сума, равна на теглото на течната колона затворена в призми екран, който в този пример, могат да бъдат определени от формула V = Δ SH.

Получената от тези две сили Δ P е насочен нагоре и стойността му е равно на теглото на течността, съдържаща се в екрана на призма:

Δ P = ρV = ρ Δ SH. където ρ - плътност на течността.

По този начин, на тяло, потопено в течност, силата на подемната сила действа еднакво тегло на течност, чийто обем е равен на обема на потопен тялото.
Този закон, създаден преди повече от 2250 години от великия древногръцкия учен Архимед и се нарича принцип на Архимед.
Обикновено се използва следната формулировка Архимед закона на тяло, потопено в течност, действа плаващ сила, равна на теглото на изместената течност тяло.

Очевидно е, че ако тялото се потапя в течната част подемна сила се равнява на теглото на обема на течността, равно на обема на потопената тялото.

Въз основа на принципа на Архимед ", можем да заключим, че е необходимо за тялото на плуване, на теглото на изместената течност, че тялото е равна или по-голяма от теглото на самия орган.

Състояние на тялото, при която растящото сила, равна на теглото на тялото се нарича неутрална плаваемост. Неутрална плаваемост се характеризира с равновесно състояние на тялото във водата, т.е. тя не изплува на повърхността и не падне до дъното, а и най-малкото усилие от страна не принуди го да се движи някъде .. (Маловажни - къде).

Стабилността на плаващи тела

Като се има предвид на плаваемост органи следва да се отбележи такива характеристики като стабилност.
Стабилност - е способността на плаващото тяло да се възстанови първоначалното положение на равновесие след прекратяването на външен товар, което води до банката. От нашите собствени експерименти, проведени в детството си, който и да е човек на улицата знае, че някои играчки лодки лесно прехвърлени под лек наклон, а други не са толкова лесни да се сложи на една страна - те се връщат обратно във вертикално положение, като шишко играчка.
Висока стабилност на плаващи тела зависи от позицията на своя център на тежестта метацентъра M - навигация ос пресечната точка с линията на действие на плавателност (вертикално положение на тялото, тази точка се намира на линията на действие на плавателност). и формата на потопената част на плаващото тяло.

необходимо да се спазват условията за стабилност на плуващото тяло: HM> 0. където HM - място метацентъра височина спрямо центъра на тялото на гравитацията. Колкото по-висока метацентъра разположени спрямо центъра на тялото на тежестта, тялото на стабилност на повърхността.

Това се обяснява с скицата: в ролка плавателност Δ P. преминаваща през метацентъра М. G. и тежестта, минаваща през центъра на тежестта, момента на създаване на двойка рамо m часа. Ако центърът на тежестта се намира под метацентъра, в момента двойката се стреми да се върне на кораба към първоначалната си изправено положение (фиг. А).
Ако метацентъра разположени под центъра на тежестта (фиг. В). произтичащи момент допринася за отхвърлянето на кораба.
В общи линии, височината метацентъра за плуващо тяло се определя по формулата:

когато:
J - инерционен момент навигация равнина спрямо надлъжната ос;
V - обем на тялото;
и - разстоянието от цялото тяло центъра на тежестта на центъра на преместване (центъра на тежестта на потопяемата част на тялото).

Очевидно е, че високата стабилност на съда ще бъде случаят, когато центърът на тежестта и центъра на преместване ще бъде разположена колкото е възможно, и метацентъра - възможно най-високо.
Освен това, стабилност зависи от формата на съда - това е показано, че взаимното разположение на центъра за прилагане на тежестта и център на подемната сила (Archimedean) сила величина зависи рамо двойки, т.е. своята ротационна способност ... Подемната сила се прилага на натиска на центъра на града, на мястото на което зависи от формата на корпуса.
На практика използването на такива известни методи за увеличаване на стабилността на кораби, както разположение баласт върху дъното на корпуса, килът и дори дистанционни елементи.

Един пример за решаване на проблема с помощта на принципа на Архимед "

Определете дали да плува на повърхността на водата на шлеп правоъгълна с дължина L = 50 м. Ширина В = 3 м и височина на топчета з = 1 м.
Масови баржи с товар поставя върху тях е 120 тона.
Плътността на вода взети равно на р = 1000 кг / м 3. гравитационното ускорение д = 9,81 m / s2.

За да се направи заключение за плавателност на баржа необходимо да се определи масата на Vб, водният обем. че тя може да измести, не загребване съвети по водите, а след това да я сравни с теглото на самата баржа.
Максималното количество (тегло) на вода, екструдиране на шлеп (своята максимална изместване) може да се определи като продукт на обема на потопяемата част на шлеп във вода (т.е., повечето от обема на шлеп борда ..) Плътността на вода:

P = ρVb = ρ х L х б х Н = 1000 х 50 х 1 х 3 = 150000 кг = 150 тона.

Тъй като баржата от теглото (при условие, задачи - 120 т) по-малко от максималния си обем (150 тона). тя ще плува на повърхността на езерото.
Прилагането на принципа на Архимед "може лесно да се изчисли колко дълбоко гмуркане борда на шлеп, т.е.. Д. проекта му.

принципа на Архимед "е широко използван при проектирането на кораби и други плавателни съдове.

Като цяло, този закон потвърждава основния хидростатично уравнение, което също може да се използва за изчисляване на кораба. Според уравнение хидростатично налягане от горната страна на тялото е по-малко от налягането върху долната страна на разликата от течния стълб, че те са под натиск.

Тук, ако плуващо тяло (например, рамка съдове) има извита или наклонена повърхност, след разлагането на хидростатичните сили (и винаги е насочена перпендикулярно на повърхността) на два компонента - хоризонтална и вертикална (изхвърляне). Можете да определите плуващите "Archimedean" сили.

Легендата разказва, че това известната си право на Архимед открил, докато се къпе. В мислите, той зарежда тялото му във водата, и виждайки как водата във ваната се изправи и се излива върху ръба, гениално гръцки възкликна "Еврика!", Т.е. - .. "! Намерих го".

Разнообразието на открития и изобретения Архимед удиви учените, изучаващи произведенията му. За съжаление, много от тези произведения безвъзвратно загубени, но дори и тези части, които спестяват време, свидетелстват за величието на човешкия ум.
Сред най-известните истории, свързани с изобретенията на Архимед, можем да говорим за изгарянето на римската флота в стените на Сиракуза от сферични огледала, използването на необичайно в тези дни хвърляне машини за защита на родния си град, обещанието на блестящ бъз флип на Земята с помощта на лост.
Архимед е открил редица П ( "Pi"), основана интегрално смятане и направи много интересни и важни открития, използвани от благодарни потомци хилядолетия по-късно.

Архимед е роден в Сиракуза, гръцка колония на остров Сицилия, където прекарва 75 години правенето на наука до последния си дъх. През есента на 212 г. пр.н.е.. д. след превземането на Сиракуза от римляните, факела на древната наука на трагично починал от римски войн меч. Според легендата, учен концентрира привлече някои формула директно върху пясъка, и къса легионер пристъпи на създаването му. Архимед възмутено възкликна: "Не пипайте моите рисунки!", След което римската хладнокръвно хакнат Gladius му.