Buoyancy Calculator

De geschiedenis van Buoyancy

The concept of buoyancy was discovered by the Greek mathematician and physicist Archimedes (287-212 BCE) in one of history's most famous "eureka" moments. According to the legend, King Hiero II of Syracuse had commissioned a goldsmith to make a crown of pure gold. Suspecting that the goldsmith had substituted some silver for gold, the king asked Archimedes to determine if the crown was pure gold without damaging it.

Terwijl hij een bad nam, merkte Archimedes dat het waterpeil steeg toen hij het bad inging. Hij besefte dat het volume van het verplaatste water gelijk was aan het volume van het deel van zijn lichaam dat onder water lag. Dit inzicht gaf hem een methode om het volume van onregelmatige objecten zoals de kroon te meten. Door het gewicht van de kroon te vergelijken met het gewicht van een gelijk volume puur goud, kon hij bepalen of de kroon puur goud was of andere metalen bevatte.

So excited was Archimedes by this discovery that he reportedly ran naked through the streets of Syracuse shouting "Eureka!" (I have found it!). The crown was indeed found to displace more water than an equal weight of pure gold, proving it was not made of pure gold.

Buoyancy begrijpen

Buoyancy is de opwaartse kracht uitgeoefend door een vloeistof (vloeibaar of gas) die zich verzet tegen het gewicht van een ondergedompeld voorwerp. Deze kracht treedt op omdat de druk in een vloeistof toeneemt met diepte als gevolg van het gewicht van de vloeistof hierboven, waardoor een drukverschil ontstaat tussen de boven- en onderkant van een ondergedompeld object.

Er zijn drie drijftoestanden die een object kan ervaren:

• Positieve drijfvermogen:Wanneer de drijvende kracht groter is dan het gewicht van het object, waardoor het zweeft of stijgt.
• Negatieve drijfvermogen:Wanneer de drijvende kracht minder is dan het gewicht van het object, waardoor het zinkt.
• Neutraal drijfvermogen:Wanneer de drijvende kracht gelijk is aan het gewicht van het object, waardoor het blijft hangen op een constante diepte.

Factoren die het draagvermogen beïnvloeden

Verschillende belangrijke factoren bepalen het drijfvermogen van een object:

1. Dichtheid:De primaire factor die bepaalt of een object drijft of zinkt. Objecten met een dichtheid lager dan de vloeistof zal zweven, terwijl die met hogere dichtheden zal zinken.
2. Volume:Hoe groter het volume van een object, hoe meer vloeistof het verplaatst en hoe groter de drijvende kracht.
3. Vorm:Zelfs dichte materialen kunnen zweven als gevormd om voldoende vloeistof te verdrijven. Dit verklaart waarom stalen schepen drijven ondanks dat staal dichter is dan water.
4. Vochtdichtheid:Denser vloeistoffen (zoals zout water in vergelijking met zoetwater) oefenen grotere drijvende krachten op ondergedompelde objecten.

Toepassingen in de reële wereld

In veel technologische en alledaagse toepassingen zijn de beginselen van vrijheid essentieel:

• Schepen en boten:Ontworpen met holle rompen die genoeg water verplaatsen om een drijvende kracht te creëren die groter is dan hun gewicht.
• Onderzeeërs:Controleer hun drijfvermogen met ballasttanks. Door water in te nemen verhogen ze hun dichtheid en zinken ze; door water met perslucht te verdrijven, verlagen ze hun dichtheid en stijgen ze.
• luchtballonnen:Gebruik verwarmde lucht (die minder dicht is dan de omliggende koele lucht) om drijfvermogen in de atmosfeer te creëren.
• Duiken:Duikers gebruiken drijfcompensatoren (BCD's) om neutrale drijfvermogen te bereiken op verschillende dieptes, afstellen voor drukveranderingen.
• Zwemblaas:Laat vissen neutraal drijfvermogen behouden door het volume gas in hun zwemblaas aan te passen.
• Hydrometers:Instrumenten die drijfvermogensprincipes gebruiken om de dichtheid of de specifieke zwaartekracht van vloeistoffen te meten.

De Fysica van Vloeistoffen

Buoyancy is nauw verbonden met verschillende andere principes in vloeistoffysica:

• Druk en diepte:Vochtdruk stijgt lineair met diepte, waardoor de drukgradiënt die drijfkracht genereert.
• Verplaatsing:Het volume vloeistof verplaatst door een object is gelijk aan het volume van het deel van het object dat wordt ondergedompeld.
• Schijnbaar gewicht:Het zichtbare gewicht van een object in een vloeistof is gelijk aan het werkelijke gewicht minus de drijvende kracht.
• Stabiliteit:De stabiliteit van een object in een vloeistof hangt af van de relatieve posities van zijn zwaartepunt en zijn middelpunt van drijfvermogen (het massacentrum van de verplaatste vloeistof).

Buoyancy is de opwaartse kracht uitgeoefend door een vloeistof op een object ondergedompeld in het. Deze kracht is gelijk aan het gewicht van de vloeistof verplaatst door het object.

Om de drijvende kracht te berekenen, volg deze stappen:

1. 1
   Meet het volume van het ondergedompelde object
2. 2
   Bepaal de dichtheid van de vloeistof
3. 3
   Vermenigvuldig het volume door de vloeistofdichtheid en de zwaartekrachtversnelling

Gemeenschappelijke materiaaldichtheid (kg/m3):

• Water: 1000
• Aluminium: 2700
• Staal: 7850
• Hout: 500
• Lucht: 1.225