Как рассчитать плавучесть трубы

Когда вы ныряете в бассейн, ваше тело, скорее всего, будет плавать естественным образом, пока вы продолжаете плавать. То, как что-то вроде вашего тела в бассейне поднимается на поверхность, частично зависит от выталкивающей силы. Подводные объекты испытывают эту восходящую силу, подъемную силу. Вы можете применить это к себе и другим объектам, таким как трубы, и даже использовать эти принципы для постройки плотов.

Выталкивающая сила противодействует объекту, когда он входит в воду, и в этом восходящем направлении позволяет плавать таким объектам, как лодки и буи. Эта сила возникает из-загидростатическое давление, давление, которое жидкость, такая как вода, оказывает на объект, когда жидкость находится в состоянии покоя. Вы можете использовать калькулятор плавучести или уравнения для ее измерения.

Вы можете измерить выталкивающую силу как результат гидростатического давления как

для плотности жидкостирв единицах массы / объема (например, кг / м³), ускорение свободного паденияграмм(9,8 м / с²) и погруженный в воду объемVдля расчета выталкивающей силы F.​

Вы можете рассчитать подъемную силу, противодействующую силе тяжести, как массу воды, окружающей куб, умноженную на ускорениеподъемная сила. Плотность воды 1000 кг / м3.³, и, поскольку куб наполовину погружен в воду, выталкивающая сила действует на половину объема куба.

Это означает, что масса воды вокруг куба равна плотности, умноженной на объем, или 1000 кг / м3.³ х 4,5 м³, что составляет 4500 кг. Умножаем это на 9,8 м / с² дает вам подъемную силу 44 100 Н. Противостояние выталкивающей силы и гравитационной силы также означает, что объект плавает или тонет в зависимости от того, перевешивает ли выталкивающая сила силу тяжести или нет.

Трубы из поливинилхлорида (ПВХ) - идеальный кандидат для использования при строительстве.подводные трубопроводы. Если вам известен диаметр трубы, полностью погруженной под воду, вы можете рассчитать вес воды, вытесненной на длину трубы (Ww​).

Эта сила на длинуWwдан кем-то

для диаметраdтрубы. Значение 62,4 представляет собой вес воды в фунтах на кубический фут на трубе, удобное измерение для определения веса в зависимости от длины.

Вы можете получить это уравнение в результате вывода выталкивающей силы. Если вам известен вес воды в фунтах на кубический фут на трубе, вы можете записать силу, которую она оказывает на трубу, умножив ее на объем трубы как62,4 х Vили же62,4 х​ ​πr²часдля радиусаркруглого основания и высоты трубычаскак длина трубы.

Вы можете переписать радиус как половину диаметра илиd / 2, так что это выражение становитсяπ (d / 2)²выс. 62,4или жеπd² в x 62,4 / 4.Наконец, вы можете разделить это выражение на длину трубы h, чтобы получить выражение для силы на длинуWwв видеπd² х 62,4 / 4.​

Вы можете написать упрощенную версию уравнения дляWwв видеWw = 49,01 x d​² для уравнения, которое зависит только от диаметра. Этот метод определения коэффициента веса воды в фунтах на кубический фут на трубе также позволяет определять значения для другие типы труб, чтобы вы могли создавать уравнения, которые изменяют только этот коэффициент (62,4) для всего, что вам нужно погрузить под вода.

Имейте в виду, как и в случае со всеми выталкивающими силами, сила, которую вода или любая жидкость оказывает на объект, зависит от геометрии объекта и от того, какая часть его фактически погружена в воду. Планы плавучих доков могут использовать эти уравнения, чтобы определить, какой тип материала лучше всего подходит для их строительства.

При строительстве плотины для труб из ПВХ можно использовать выталкивающую силу, действующую на трубы из ПВХ, частично погруженные в воду. Вы можете построить свой собственный плот для труб из ПВХ, используя базовые материалы размером около 84 дюймов из 6 дюймов из ПВХ сортамента 40, строительную пену, уплотнительный материал и листы фанеры.