Quando você mergulha em uma piscina, seu corpo provavelmente flutuará naturalmente, desde que você continue nadando. A maneira como algo como o seu corpo em uma piscina sobe à superfície depende em parte da força de flutuação. Objetos subaquáticos experimentam essa força ascendente, uma força de empuxo. Você pode aplicar isso a você mesmo e a outros objetos, como canos, e até mesmo usar esses princípios para construir jangadas.
Calculadora de flutuabilidade
A força de empuxo se opõe a um objeto quando ele entra na água e, nessa direção para cima, permite que objetos como barcos e bóias flutuem. Esta força resulta dapressão hidrostática, a pressão que um fluido como a água exerce sobre um objeto quando o fluido está em repouso. Você pode usar uma calculadora de flutuabilidade ou equações para medi-la.
Você pode medir a força de empuxo como resultado da pressão hidrostática como
F = rgV
para a densidade do fluidorem unidades de massa / volume (como kg / m3), aceleração gravitacionalg(9,8 m / s2) e volume submerso em águaVcalcular a força de empuxo F.
Você pode calcular a força de empuxo que se opõe à força gravitacional como a massa da água que cerca o cubo vezes a aceleração doforça flutuante. A densidade da água é de 1.000 kg / m3e, como o cubo está parcialmente submerso na água, a força de empuxo atua na metade do volume do cubo.
Isso significa que a massa de água ao redor do cubo é a densidade vezes o volume, ou 1.000 kg / m3 x 4,5 m3, que é 4.500 kg. Multiplicando isso por 9,8 m / s2 dá a você 44.100 N de força de empuxo. A oposição da força de empuxo e força gravitacional também significa que um objeto flutua ou afunda dependendo se a força de empuxo supera a força gravitacional ou não.
Flutuabilidade do PVC selado
Os tubos de cloreto de polivinila (PVC) são candidatos ideais para uso na construçãooleodutos subaquáticos. Se você sabe o diâmetro de um tubo que está totalmente submerso, pode calcular o peso da água deslocada por comprimento do tubo (Ww).
Esta força por comprimentoWwÉ dado por
Ww = \ pi d ^ 2 \ vezes \ frac {62,4} {4}
para diâmetroddo tubo. O valor de 62,4 representa o peso da água em libras por pé cúbico no tubo, uma medida útil para determinar o peso como resultado do comprimento.
Derivando flutuabilidade
Você pode obter esta equação como resultado de uma derivação da força de empuxo. Se você sabe o peso da água em libras por pé cúbico no cano, pode escrever a força que ela exerce no cano multiplicando-a pelo volume do cano como62,4 x Vou62,4 x πr2hpara o raiorda base circular do tubo e alturahcomo o comprimento do tubo.
Você pode reescrever o raio como a metade do diâmetro, oud / 2, para que esta expressão se torneπ (d / 2)2hx 62,4ouπd2 h x 62,4 / 4.Finalmente, você pode dividir esta expressão pelo comprimento do tubo h para obter uma expressão para força por comprimentoWwcomoπd2 x 62,4 / 4.
Você pode escrever uma versão simplificada da equação paraWwcomoWw = 49,01 x d2 para uma equação que depende apenas do diâmetro. Este método de encontrar um fator do peso da água em libras por pé cúbico em um tubo também permite determinar os valores para outros tipos de tubos para que você possa criar equações que apenas mudam este fator (62.4) para o que você precisa para submergir sob agua.
Cano de jangada de PVC
Lembre-se de que, como acontece com todas as forças de empuxo, a força que a água ou qualquer fluido exerce sobre um objeto depende da geometria do objeto e de quanto dele está realmente submerso na água. Planos de doca flutuante podem tirar proveito dessas equações para determinar qual tipo de material é melhor para construí-los.
A construção de uma jangada de tubos de PVC pode aproveitar a força de empuxo exercida sobre os tubos de PVC parcialmente submersos na água. Você pode construir sua própria jangada de tubos de PVC usando materiais básicos de cerca de 84 "de 6" de PVC cronograma 40, espuma de construção, material de calafetagem e folhas de madeira compensada.