Comment calculer la flottabilité d'un tuyau

Lorsque vous plongez dans une piscine, votre corps flottera probablement naturellement tant que vous continuerez à nager. La façon dont quelque chose comme votre corps dans une piscine remonte à la surface dépend en partie de la force de flottabilité. Les objets sous l'eau subissent cette force ascendante, une force de flottabilité. Vous pouvez appliquer cela à vous-même et à d'autres objets comme des tuyaux et même utiliser ces principes pour construire des radeaux.

La force de flottabilité s'oppose à un objet lorsqu'il pénètre dans l'eau et, dans cette direction ascendante, permet à des objets comme des bateaux et des bouées de flotter. Cette force résulte de lapression hydrostatique, la pression qu'un fluide comme l'eau exerce sur un objet lorsque le fluide est au repos. Vous pouvez utiliser un calculateur de flottabilité ou des équations pour la mesurer.

Vous pouvez mesurer la force de flottabilité en tant que résultat de la pression hydrostatique comme

pour la densité du fluideren unités de masse/volume (comme kg/m³), accélération gravitationnelleg(9,8 m/s²) et volume immergé dans l'eauVpour calculer la force de flottabilité F.​

Vous pouvez calculer la force de flottabilité qui s'oppose à la force gravitationnelle comme la masse de l'eau qui entoure le cube multipliée par l'accélération de laforce de flottabilité. La densité de l'eau est de 1 000 kg/m³, et, parce que le cube est à moitié immergé dans l'eau, la force de flottabilité agit sur la moitié du volume du cube.

Cela signifie que la masse d'eau autour du cube est la densité multipliée par le volume, soit 1 000 kg/m³ x 4,5 m³, soit 4 500 kg. En multipliant cela par 9,8 m/s² vous donne 44 100 N de force de flottabilité. L'opposition de la flottabilité et de la force gravitationnelle signifie également qu'un objet flotte ou coule selon que la flottabilité l'emporte ou non sur la force gravitationnelle.

Les tuyaux en polychlorure de vinyle (PVC) sont un candidat idéal pour une utilisation lors de la constructioncanalisations sous-marines. Si vous connaissez le diamètre d'un tuyau entièrement immergé sous l'eau, vous pouvez calculer le poids d'eau déplacée par longueur de tuyau (WW​).

Cette force par longueurWWest donné par

pour diamètrerédu tuyau. La valeur 62,4 représente le poids de l'eau en livres par pied cube sur le tuyau, une mesure pratique pour déterminer le poids en fonction de la longueur.

Vous pouvez obtenir cette équation à la suite d'une dérivation de la force de flottabilité. Si vous connaissez le poids de l'eau en livres par pied cube sur le tuyau, vous pouvez écrire la force qu'elle exerce sur le tuyau en la multipliant par le volume du tuyau comme62,4 x Vou alors62,4 x​ ​ou²hpour le rayonrde la base circulaire et de la hauteur du tuyauhcomme la longueur du tuyau.

Vous pouvez réécrire le rayon comme la moitié du diamètre, ouj/2, de sorte que cette expression devient(d/2)²hx 62,4ou alorsd² hauteur x 62,4/4.Enfin, vous pouvez diviser cette expression par la longueur du tuyau h pour obtenir une expression pour la force par longueurWWcommed² x 62,4/4.​

Vous pouvez écrire une version simplifiée de l'équation pourWWcommeWw = 49,01 x d​² pour une équation qui ne dépend que du diamètre. Cette méthode de recherche d'un facteur du poids de l'eau en livres par pied cube sur un tuyau vous permet également de déterminer des valeurs pour d'autres types de tuyaux afin que vous puissiez créer des équations qui ne modifient ce facteur (62,4) que pour tout ce que vous devez immerger sous l'eau.

Gardez à l'esprit que, comme c'est le cas pour toutes les forces de flottabilité, la force que l'eau ou tout fluide exerce sur un objet dépend de la géométrie de l'objet et de la quantité réellement immergée dans l'eau. Les plans de quai flottant peuvent tirer parti de ces équations pour déterminer le type de matériau le mieux adapté à leur construction.

La construction d'un radeau de tuyaux en PVC peut tirer parti de la force de flottabilité exercée sur les tuyaux en PVC partiellement immergés dans l'eau. Vous pouvez construire votre propre radeau de tuyaux en PVC en utilisant des matériaux de base d'environ 84" sur 6" de PVC de nomenclature 40, de la mousse de construction, du matériau de calfeutrage et des feuilles de contreplaqué.