Quando ti immergi in una piscina, il tuo corpo probabilmente galleggia naturalmente finché continui a nuotare. Il modo in cui qualcosa come il tuo corpo in una piscina sale in superficie dipende in parte dalla forza di galleggiamento. Gli oggetti sott'acqua sperimentano questa forza verso l'alto, una forza di galleggiamento. Puoi applicarlo a te stesso e ad altri oggetti come i tubi e persino usare questi principi per costruire zattere.
Calcolatore di galleggiabilità
La forza di galleggiamento si oppone a un oggetto mentre entra in acqua e, in questa direzione verso l'alto, consente a oggetti come barche e boe di galleggiare. Questa forza risulta dallapressione idrostatica, la pressione che un fluido come l'acqua esercita su un oggetto quando il fluido è a riposo. Puoi usare un calcolatore di galleggiamento o equazioni per misurarlo.
È possibile misurare la forza di galleggiamento come risultato della pressione idrostatica come
F=rgV
per la densità del fluidorin unità di massa/volume (come kg/m
3), Accellerazione Gravitazionaleg(9,8 m/s2) e volume sommerso in acquaVcalcolare la forza di galleggiamento F.Puoi calcolare la forza di galleggiamento che si oppone alla forza gravitazionale come la massa dell'acqua che circonda il cubo per l'accelerazione delforza di galleggiamento. La densità dell'acqua è 1.000 kg/m3e, poiché il cubo è immerso per metà nell'acqua, la forza di galleggiamento agisce su metà del volume del cubo.
Ciò significa che la massa d'acqua intorno al cubo è la densità moltiplicata per il volume, o 1.000 kg/m3 x 4,5 m3, ovvero 4.500 kg. Moltiplicandolo per 9,8 m/s2 ti dà 44.100 N di forza di galleggiamento. L'opposizione della forza di galleggiamento e della forza gravitazionale significa anche che un oggetto galleggia o affonda a seconda che la forza di galleggiamento superi o meno la forza di gravità.
Galleggiabilità del PVC sigillato
I tubi in cloruro di polivinile (PVC) sono un candidato ideale per l'uso durante la costruzionecondotte sottomarine. Se conosci il diametro di un tubo completamente sommerso sott'acqua, puoi calcolare il peso dell'acqua spostata per lunghezza del tubo (Ww).
Questa forza per lunghezzaWwè dato da
Ww=\pi d^2\times\frac{62.4}{4}
per diametroddel tubo. Il valore 62,4 rappresenta il peso dell'acqua in libbre per piede cubo sul tubo, una misura utile per determinare il peso come risultato della lunghezza.
Derivazione del galleggiamento
È possibile ottenere questa equazione come risultato di una derivazione della forza di galleggiamento. Se conosci il peso dell'acqua in libbre per piede cubo sul tubo, puoi scrivere la forza che esercita sul tubo moltiplicandolo per il volume del tubo come62,4 x Vo62,4 x r2hper il raggiordella base circolare e dell'altezza del tubohcome la lunghezza del tubo.
Puoi riscrivere il raggio come metà del diametro, oppured/2, così che questa espressione diventa(d/2)2hx 62,4od2 h x 62,4/4.Infine, puoi dividere questa espressione per la lunghezza del tubo h per ottenere un'espressione per la forza per lunghezzaWwcomed2 x 62,4/4.
Puoi scrivere una versione semplificata dell'equazione perWwcomeWw = 49,01 x d2 per un'equazione che dipende solo dal diametro. Questo metodo per trovare un fattore del peso dell'acqua in libbre per piede cubo su un tubo consente anche di determinare i valori per altri tipi di tubi in modo da poter creare equazioni che cambiano solo questo fattore (62,4) per tutto ciò di cui hai bisogno per immergerti sotto acqua.
zattera del tubo del PVC
Tieni presente che, come nel caso di tutte le forze di galleggiamento, la forza che l'acqua o qualsiasi fluido esercita su un oggetto dipende dalla geometria dell'oggetto e da quanto è effettivamente immerso nell'acqua. I piani di pontili galleggianti possono sfruttare queste equazioni per determinare quale tipo di materiale è il migliore per costruirli.
La costruzione di una zattera per tubi in PVC può sfruttare la forza di galleggiamento esercitata sui tubi in PVC parzialmente immersi in acqua. Puoi costruire la tua zattera di tubi in PVC utilizzando materiali di base di circa 84 "di 6" di PVC programma 40, schiuma da costruzione, materiale per calafataggio e fogli di compensato.