Kiedy zanurzysz się w basenie, twoje ciało prawdopodobnie będzie naturalnie unosić się na wodzie, dopóki będziesz pływać. Sposób, w jaki coś takiego jak twoje ciało w basenie unosi się na powierzchnię, jest częściowo zależny od siły wyporu. Obiekty pod wodą doświadczają tej wznoszącej się siły, siły wyporu. Możesz zastosować to do siebie i innych obiektów, takich jak rury, a nawet użyć tych zasad do budowania tratw.
Kalkulator pływalności
Siła wyporu przeciwstawia się obiektowi, gdy wchodzi on do wody, i w tym kierunku do góry pozwala obiektom, takim jak łodzie i boje, unosić się na wodzie. Ta siła wynika zciśnienie hydrostatyczne, ciśnienie, jakie płyn taki jak woda wywiera na przedmiot, gdy płyn jest w spoczynku. Możesz użyć kalkulatora pływalności lub równań, aby go zmierzyć.
Siłę wyporu można zmierzyć jako wynik ciśnienia hydrostatycznego jako
F=rgV
dla gęstości płynurw jednostkach masy/objętości (np. kg/m3), przyspieszenie grawitacyjnesol(9,8 m/s2) i objętość zanurzona w wodzieVdo obliczenia siły wyporu F.
Możesz obliczyć siłę wyporu przeciwstawiającą się sile grawitacji jako masę wody otaczającej sześcian pomnożoną przez przyspieszenieSiła wyporu. Gęstość wody 1000 kg/m3, a ponieważ sześcian jest w połowie zanurzony w wodzie, siła wyporu działa na połowę jego objętości.
Oznacza to, że masa wody wokół kostki to gęstość razy objętość, czyli 1000 kg/m3 x 4,5 m²3, czyli 4500 kg. Mnożąc to przez 9,8 m/s2 daje 44100 N siły wyporu. Opozycja siły wyporu i siły grawitacji oznacza również, że obiekt unosi się lub opada w zależności od tego, czy siła wyporu przeważa nad siłą grawitacji, czy nie.
Wyporność uszczelnionego PVC
Rury z polichlorku winylu (PVC) są idealnym kandydatem do zastosowania w budownictwierurociągi podwodne. Jeśli znasz średnicę rury, która jest całkowicie zanurzona pod wodą, możesz obliczyć ciężar wypartej wody na długość rury (W W).
Ta siła na długośćW Wjest dany przez
Ww=\pi d^2\times\frac{62.4}{4}
dla średnicyrerury. Wartość 62,4 reprezentuje wagę wody w funtach na stopę sześcienną na rurze, poręczny pomiar do określania wagi jako wyniku długości.
Wyprowadzanie pływalności
Możesz otrzymać to równanie w wyniku wyprowadzenia siły wyporu. Jeśli znasz wagę wody w funtach na stopę sześcienną na rurze, możesz zapisać siłę, jaką wywiera na rurę, mnożąc ją przez objętość rury jako62,4 x Vlub62,4 x πr2hdla promieniarokrągłej podstawy i wysokości ruryhjako długość rury.
Możesz ponownie zapisać promień jako połowę średnicy lubd/2, aby to wyrażenie stało sięπ(d/2)2wys. 62,4lubπd2 wys. x 62,4/4.Na koniec możesz podzielić to wyrażenie przez długość rury h, aby uzyskać wyrażenie na siłę na długośćW Wtak jakπd2 x 62,4/4.
Możesz napisać uproszczoną wersję równania dlaW Wtak jakWw = 49,01 x d2 dla równania, które zależy tylko od średnicy. Ta metoda znajdowania współczynnika ciężaru wody w funtach na stopę sześcienną na rurze pozwala również określić wartości dla inne typy rur, dzięki czemu można tworzyć równania, które zmieniają tylko ten współczynnik (62.4) na wszystko, co trzeba zanurzyć pod woda.
Tratwa z rur PCV
Należy pamiętać, że tak jak w przypadku wszystkich sił wyporu, siła wywierana na obiekt przez wodę lub jakikolwiek płyn zależy od geometrii obiektu i tego, jaka jego część jest faktycznie zanurzona w wodzie. Plany doków pływających mogą korzystać z tych równań, aby określić, jaki rodzaj materiału jest najlepszy do ich budowy.
Budowa tratwy z rur PVC może wykorzystać siłę wyporu wywieraną na rury PVC częściowo zanurzone w wodzie. Możesz zbudować własną tratwę z rur PCV, używając materiałów podstawowych o grubości około 84 cali lub 6 cali z PVC harmonogramu 40, pianki konstrukcyjnej, materiału uszczelniającego i arkuszy sklejki.