عندما تغوص في حمام السباحة ، فمن المرجح أن يطفو جسمك بشكل طبيعي طالما أنك تسبح. الطريقة التي يرتفع بها شيء مثل جسمك في حوض السباحة إلى السطح تعتمد جزئيًا على قوة الطفو. تتعرض الأجسام الموجودة تحت الماء لهذه القوة الصاعدة ، وهي قوة طفو. يمكنك تطبيق هذا على نفسك وعلى أشياء أخرى مثل الأنابيب وحتى استخدام هذه المبادئ لبناء الأطواف.
حاسبة الطفو
تقاوم قوة الطفو شيئًا ما عندما يدخل الماء ، وفي هذا الاتجاه التصاعدي ، تسمح لأشياء مثل القوارب والعوامات بالطفو. هذه القوة ناتجة عنالضغط الهيدروليكي، الضغط الذي يمارسه سائل مثل الماء على جسم ما عندما يكون السائل في حالة راحة. يمكنك استخدام حاسبة الطفو أو المعادلات لقياسها.
يمكنك قياس قوة الطفو نتيجة الضغط الهيدروستاتيكي
F = rgV
لكثافة السوائلصبوحدات الكتلة / الحجم (مثل كجم / م3)، تسارع الجاذبيةز(9.8 م / ث2) والحجم المغمور في الماءالخامسلحساب قوة الطفو F.
يمكنك حساب قوة الطفو التي تعارض قوة الجاذبية ككتلة الماء التي تحيط بالمكعب مضروبة في تسارعقوة الطفو. كثافة الماء 1000 كجم / م3، ولأن المكعب مغمور في الماء في منتصف الطريق ، فإن قوة الطفو تؤثر على نصف حجم المكعب.
هذا يعني أن كتلة الماء حول المكعب هي الكثافة مضروبة في الحجم ، أو 1000 كجم / م3 × 4.5 م3وهي 4500 كجم. ضرب هذا في 9.8 م / ث2 يمنحك 44100 نيوتن من قوة الطفو. معارضة قوة الطفو وقوة الجاذبية تعني أيضًا أن الجسم يطفو أو يغرق اعتمادًا على ما إذا كانت قوة الطفو تفوق قوة الجاذبية أم لا.
طفو PVC المختوم
تعتبر أنابيب البولي فينيل كلوريد (PVC) مرشحًا مثاليًا للاستخدام عند البناءخطوط الأنابيب تحت الماء. إذا كنت تعرف قطر الأنبوب المغمور بالكامل تحت الماء ، فيمكنك حساب وزن الماء المزاح لكل طول الأنبوب (ر).
هذه القوة في الطولراعطي من قبل
WW = \ pi d ^ 2 \ times \ frac {62.4} {4}
للقطردمن الأنبوب. تمثل القيمة 62.4 وزن الماء بالجنيه لكل قدم مكعب على الأنبوب ، وهو قياس مفيد لتحديد الوزن نتيجة الطول.
اشتقاق الطفو
يمكنك الحصول على هذه المعادلة نتيجة اشتقاق قوة الطفو. إذا كنت تعرف وزن الماء بالجنيه لكل قدم مكعب على الأنبوب ، فيمكنك كتابة القوة التي يمارسها على الأنبوب بضربه في حجم الأنبوب على النحو التالي62.4 × الخامسأو62.4 × πr2حللنصف القطرصمن ارتفاع وقاعدة الأنبوب الدائريةحبطول الأنبوب.
يمكنك إعادة كتابة نصف القطر بنصف القطر ، أود / 2، بحيث يصبح هذا التعبيرπ (د / 2)2hx 62.4أوπ د2 ح × 62.4 / 4.أخيرًا ، يمكنك قسمة هذا المقدار على طول الأنبوب h للحصول على تعبير للقوة لكل طولرمثلπ د2 × 62.4 / 4.
يمكنك كتابة نسخة مبسطة من المعادلة لـرمثلالرطب = 49.01 × د2 لمعادلة تعتمد فقط على القطر. تتيح لك هذه الطريقة لإيجاد عامل وزن الماء بالجنيه لكل قدم مكعب على الأنبوب أيضًا تحديد قيم أنواع أخرى من الأنابيب بحيث يمكنك إنشاء معادلات تغير هذا العامل فقط (62.4) لكل ما تحتاجه للغطس تحت الماء ماء.
طوف الأنابيب البلاستيكية
ضع في اعتبارك ، كما هو الحال مع جميع قوى الطفو ، فإن قوة الماء أو أي سائل يمارس على جسم ما يعتمد على هندسة الجسم ومقدار غمره بالفعل في الماء. يمكن أن تستفيد خطط الإرساء العائم من هذه المعادلات لتحديد نوع المواد الأفضل لبناءها.
يمكن أن يستفيد بناء طوافة من الأنابيب البلاستيكية من قوة الطفو التي تمارس على أنابيب PVC المغمورة جزئيًا في الماء. يمكنك بناء طوافة الأنابيب البلاستيكية الخاصة بك باستخدام مواد أساسية من حوالي 84 "من 6" من الجدول 40 PVC ، ورغوة البناء ، ومواد السد وألواح الخشب الرقائقي.