Kalkulator wyporności

Historia pływactwa

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.

Podczas kąpieli Archimedes zauważył, że poziom wody wzrósł, gdy wszedł do wanny. Uświadomił sobie, że objętość wody jest równa objętości części jego ciała, która została zanurzona. Ta wnikliwość dała mu metodę pomiaru objętości nieregularnych przedmiotów, takich jak korona. Porównując wagę korony do wagi równej objętości czystego złota, mógł określić, czy korona była czystym złotem czy zawierała inne metale.

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.

Zrozumienie pływalności

Wyporność jest siłą w górę wywieraną przez płyn (płyn lub gaz), który sprzeciwia się masie zanurzonego obiektu. Siła ta występuje, ponieważ ciśnienie w płynie zwiększa się z głębokością ze względu na wagę płynu powyżej, tworząc różnicę ciśnienia między górną i dolną częścią zanurzonego obiektu.

Istnieją trzy stany wyporności, że obiekt może doświadczyć:

• Dodatnia wyporność:Kiedy siła pływaka jest większa niż ciężar obiektu, powodując, że unoszą się lub rosną.
• Negatywna wyporność:Kiedy siła pływaka jest mniejsza niż ciężar obiektu, powodując jego zatonięcie.
• Neutralna wyporność:Kiedy siła pływaka równa się masie obiektu, co powoduje, że pozostaje zawieszona na stałej głębokości.

Czynniki wpływające na pływalność

Kilka kluczowych czynników określa wyporność obiektu:

1. Gęstość:Podstawowy czynnik określający, czy obiekt pływa, czy tonie. Obiekty o gęstości niższej niż płyn będzie unosić, podczas gdy te o wyższej gęstości zatonie.
2. Wielkość:Im większa objętość obiektu, tym więcej płynu wyparowuje i tym większa jest siła płynna.
3. Kształt:Nawet gęste materiały mogą unosić się, jeśli kształt wypiera wystarczającą ilość płynu. To wyjaśnia, dlaczego statki stalowe pływają pomimo, że stal jest gęstsza niż woda.
4. Gęstość płynów:Gęstsze płyny (takie jak słona woda w porównaniu do słodkiej wody) wywierają większe siły pływowe na zanurzonych przedmiotach.

Real- Światowe aplikacje

Zasady wyporności są niezbędne w wielu zastosowaniach technologicznych i codziennych:

• Statki i łodzie:Zaprojektowane z pustych kadłubów, które wypierają wystarczającą ilość wody, aby stworzyć siłę pływacką większą niż ich waga.
• Podwodne:Kontroluj ich wyporność za pomocą zbiorników balastowych. Przyjmując wodę, zwiększają swoją gęstość i zlew; wydalając wodę sprężonym powietrzem, zmniejszają swoją gęstość i rosną.
• Balony gorącego powietrza:Użyj podgrzanego powietrza (który jest mniej gęsty niż otaczające chłodne powietrze), aby stworzyć wyporność w atmosferze.
• Nurkowanie:Nurkowie używają kompensatorów wyporności (BCD) do uzyskania neutralnej wyporności na różnych głębokościach, dostosowując się do zmian ciśnienia.
• pęcherze do pływania ryb:Umożliwić rybakom utrzymanie neutralnej wyporności poprzez dostosowanie objętości gazu w pęcherzach pływackich.
• Hydrometry:Przyrządy wykorzystujące zasady wyporności do pomiaru gęstości lub ciężaru właściwego cieczy.

Fizyka płynów

Wyporność jest ściśle związana z kilkoma innymi zasadami fizyki płynów:

• Ciśnienie i głębokość:Ciśnienie płynów zwiększa się liniowo z głębokością, tworząc gradient ciśnienia, który generuje siłę pływaka.
• Przemieszczenie:Objętość płynu przemieszczanego przez obiekt równa się objętości części obiektu zanurzonego.
• Masa widoczna:Pozorna waga obiektu w płynie równa się jego rzeczywistej wadze minus siła pływaka.
• Stabilność:Stabilność obiektu w płynie zależy od względnej pozycji środka ciężkości i środka wyporności (centrum masy wypartego płynu).

Wyporność jest siłą w górę wywieraną przez płyn na obiekt zanurzony w nim. Siła ta jest równa masie płynu przesuniętego przez obiekt.

Aby obliczyć siłę wyporu, należy wykonać następujące czynności:

1. 1
   Zmierzyć wielkość zanurzonego obiektu
2. 2
   Określić gęstość płynu
3. 3
   Mnożyć objętość przez gęstość płynu i przyspieszenie grawitacyjne

Częste gęstość materiałów (kg / m ³):

• Woda: 1000
• Aluminium: 2700
• Stal: 7850
• Drewno (sosna): 500
• Powietrze: 1.225