Cuando te sumerges en una piscina, es probable que tu cuerpo flote naturalmente mientras sigas nadando. La forma en que algo como su cuerpo en una piscina sube a la superficie depende en parte de la fuerza de flotación. Los objetos bajo el agua experimentan esta fuerza ascendente, una fuerza de flotación. Puede aplicar esto a usted mismo y a otros objetos como tuberías e incluso utilizar estos principios para construir balsas.
Calculadora de flotabilidad
La fuerza de flotación se opone a un objeto cuando entra en el agua y, en esta dirección ascendente, permite que floten objetos como botes y boyas. Esta fuerza resulta de lapresion hidrostatica, la presión que un fluido como el agua ejerce sobre un objeto cuando el fluido está en reposo. Puede usar una calculadora de flotabilidad o ecuaciones para medirlo.
Puede medir la fuerza de flotación como resultado de la presión hidrostática como
F = rgV
para la densidad del fluidoren unidades de masa / volumen (como kg / m3), aceleración gravitacionalgramo(9,8 m / s2) y volumen sumergido en aguaVpara calcular la fuerza de flotación F.
Puede calcular la fuerza de flotación que se opone a la fuerza gravitacional como la masa del agua que rodea el cubo multiplicada por la aceleración delfuerza de flotación. La densidad del agua es de 1000 kg / m3y, debido a que el cubo está sumergido hasta la mitad en el agua, la fuerza de flotación actúa sobre la mitad del volumen del cubo.
Esto significa que la masa de agua alrededor del cubo es la densidad multiplicada por el volumen, o 1000 kg / m3 x 4,5 m3, que es de 4.500 kg. Multiplicando esto por 9,8 m / s2 le da 44,100 N de fuerza de flotación. La oposición de la fuerza flotante y la fuerza gravitacional también significa que un objeto flota o se hunde dependiendo de si la fuerza flotante supera o no a la fuerza gravitacional.
Flotabilidad del PVC sellado
Las tuberías de cloruro de polivinilo (PVC) son un candidato ideal para su uso en la construccióntuberías submarinas. Si conoce el diámetro de una tubería que está completamente sumergida bajo el agua, puede calcular el peso del agua desplazada por longitud de tubería (Ww).
Esta fuerza por longitudWwes dado por
Ww = \ pi d ^ 2 \ times \ frac {62.4} {4}
para el diámetroDde la pipa. El valor de 62,4 representa el peso del agua en libras por pie cúbico en la tubería, una medida útil para determinar el peso como resultado de la longitud.
Derivación de flotabilidad
Puede obtener esta ecuación como resultado de una derivación de la fuerza de flotación. Si conoce el peso del agua en libras por pie cúbico en la tubería, puede escribir la fuerza que ejerce sobre la tubería multiplicándola por el volumen de la tubería como62,4 x Vo62,4 x πr2hpara el radiorde la base circular y la altura de la tuberíahcomo la longitud de la tubería.
Puede volver a escribir el radio como la mitad del diámetro, od / 2, para que esta expresión se conviertaπ (d / 2)2altura 62,4oπd2 alto x 62,4 / 4.Finalmente, puede dividir esta expresión por la longitud de la tubería h para obtener una expresión de fuerza por longitudWwcomoπd2 x 62,4 / 4.
Puede escribir una versión simplificada de la ecuación paraWwcomoWw = 49,01 x d2 para una ecuación que solo depende del diámetro. Este método de encontrar un factor del peso del agua en libras por pie cúbico en una tubería también le permite determinar valores para otros tipos de tuberías para que pueda crear ecuaciones que solo cambien este factor (62.4) para lo que necesite sumergir bajo agua.
Balsa de tubería de PVC
Tenga en cuenta que, como es el caso de todas las fuerzas de flotación, la fuerza que el agua o cualquier fluido ejerce sobre un objeto depende de la geometría del objeto y de la cantidad que esté sumergida en el agua. Los planos de muelles flotantes pueden aprovechar estas ecuaciones para determinar qué tipo de material es mejor para construirlos.
La construcción de una balsa de tubería de PVC puede aprovechar la fuerza de flotación ejercida sobre las tuberías de PVC parcialmente sumergidas en agua. Puede construir su propia balsa de tubería de PVC utilizando materiales base de aproximadamente 84 "de 6" de PVC de cédula 40, espuma de construcción, material de calafateo y láminas de madera contrachapada.