Калькулятор плавучести

История 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.

Принимая ванну, Архимед заметил, что уровень воды поднялся, когда он вошел в ванну. Он понял, что объем вытесненной воды равен объему погруженной части его тела. Это понимание дало ему метод измерения объема неправильных объектов, таких как корона. Сравнивая вес короны с весом равного объема чистого золота, он мог определить, является ли корона чистым золотом или содержит другие металлы.

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.

Понимание Buoyancy

Постоянство - это восходящая сила, оказываемая жидкостью (жидкостью или газом), которая противостоит весу погруженного объекта. Эта сила возникает потому, что давление в жидкости увеличивается с глубиной из-за веса жидкости выше, создавая разницу давления между верхней и нижней частью погруженного объекта.

Существует три состояния плавучести, которые может испытывать объект:

• Положительная плавучесть:Когда сила плавания больше, чем вес объекта, заставляя его плавать или подниматься.
• Отрицательная плавучесть:Когда сила плавучести меньше веса объекта, заставляя его утонуть.
• Нейтральная плавучесть:Когда сила плавучести равна весу объекта, заставляя его оставаться подвешенным на постоянной глубине.

Факторы, влияющие на плавучесть

Несколько ключевых факторов определяют плавучесть объекта:

1. Плотность:Основной фактор, определяющий, плавает или тонет объект. Объекты с плотностью ниже, чем текучая среда, будут плавать, в то время как объекты с более высокой плотностью будут тонуть.
2. Объем:Чем больше объем объекта, тем больше жидкости он вытесняет и тем больше плавучая сила.
3. Форма:Даже плотные материалы могут плавать, если они имеют форму, чтобы вытеснить достаточное количество жидкости. Это объясняет, почему стальные суда плавают, несмотря на то, что сталь плотнее воды.
4. Плотность жидкости:Денсерные жидкости (например, соленая вода по сравнению с пресной водой) оказывают большее плавучее воздействие на подводные объекты.

Приложения реального мира

Принципы плавучести необходимы во многих технологических и повседневных приложениях:

• Корабли и лодки:Разработан с полыми корпусами, которые вытесняют достаточное количество воды, чтобы создать плавучую силу, превышающую их вес.
• Подводные лодки:Контролируйте их плавучесть с помощью балластных танков. Принимая воду, они увеличивают свою плотность и тонут; вытесняя воду сжатым воздухом, они уменьшают свою плотность и поднимаются.
• Горячие воздушные шары:Используйте нагретый воздух (который менее плотный, чем окружающий прохладный воздух), чтобы создать плавучесть в атмосфере.
• Скуба дайвинг:Дайверы используют компенсаторы плавучести (BCD) для достижения нейтральной плавучести на разных глубинах, корректируя изменения давления.
• Рыбий плавательный пузырь:Позвольте рыбе поддерживать нейтральную плавучесть, регулируя объем газа в их плавательных пузырях.
• Гидрометры:Инструменты, которые используют принципы плавучести для измерения плотности или удельной гравитации жидкостей.

Физика жидкостей

Буоянность тесно связана с несколькими другими принципами физики жидкости:

• Давление и глубина:Жидкое давление увеличивается линейно с глубиной, создавая градиент давления, который генерирует плавучую силу.
• Перемещение:Объем жидкости, вытесненной объектом, равен объему части погруженного объекта.
• Видимый вес:Очевидный вес объекта в жидкости равен его фактическому весу минус плавучая сила.
• Стабильность:Стабильность объекта в жидкости зависит от относительного положения его центра тяжести и его центра плавучести (центра массы смещенной жидкости).

Постоянство — это восходящая сила, оказываемая жидкостью на погруженный в нее объект. Эта сила равна весу жидкости, смещенной объектом.

Чтобы рассчитать плавучую силу, выполните следующие шаги:

1. 1
   Измерить объем погруженного объекта
2. 2
   Определить плотность жидкости
3. 3
   Умножьте объем на плотность жидкости и гравитационное ускорение

Общая плотность материалов (кг/м3):

• Вода: 1000
• Алюминий: 2700
• Сталь: 7850
• Древесина (сосна): 500
• Воздух: 1.225