что называется плавучестью тела
Удельный вес и плавучесть тела
Удельный вес и плавучесть тела [ править | править код ]
Удельным весом называется вес вещества в единице объема. Удeльный вес в системе СИ измеряется в Н/м3 (1 Н/м3 = = 0,102 кгс/м3) и находится по формуле
где Р — вес тела, Н; V— объем тела, м3.
По размерности плотность и удельный вес воды мало различаются и незначительно изменяются в зависимости от давления и температуры воды.
Удельный вес дистиллированной воды равен 1020 кгс/м3, или 1 кгс/дм3, или 1 гс/см3. Удельный вес воды, насыщенной солями, больше, чем пресной. Так, морская вода имеет удельный вес от 1,15 до 1,3 гс/см3.
Согласно закону Архимеда на тело, погруженное в воду, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной телом жидкости. Равнодействующая этих выталкивающих сил проходит через центр тяжести вытесненного объема и направлена вертикально вверх.
Если вес тела больше вытесненной им воды, то тело имеет отрицательную плавучесть и погружается на дно.
Если вес вытесненной телом воды больше веса тела, то тело плавает по поверхности воды, и в этом случае оно имеет положительную плавучесть.
Если вес вытесненной телом воды равен весу тела, то тело может находиться в неподвижном положении на любой глубине. Такая плавучесть называется нейтральной, или нулевой. Нулевой плавучести практически не бывает, как не бывает абсолютного равенства между весом тела и весом вытесненной им воды.
Удельный вес человеческого тела при полном вдохе в среднем равен 0,92 гс/см3, при выдохе в связи с уменьшением объема тела — 1,2 гс/см3. Наибольший удельный вес в теле человека имеет костная ткань — 1,7 —1,9 гс/см3, меньше — удельный вес мышечной ткани — 1,04—1,08 гс/см3 и самым малым удельным весом отличается жировая ткань — 0,92 — 0,94 гс/см3.
Так как удельный вес морской воды больше, чем пресной, человек в ней обладает большей плавучестью, и его тело лежит более высоко, чем в пресной воде. В связи с этим в морской воде можно плыть быстрее. По этой причине Международная федерация плавания не фиксирует рекордных результатов, показанных в морской воде.
Плавучесть тела имеет большое значение при решении вопроса, какую формировать технику движений. Пловцы с хорошей плавучестью для удержания тела в высоком положении тратят меньше усилий для этого при гребке. У таких пловцов относительные траектории движений рук при гребках вытянуты в горизонтальной плоскости, у пловцов с меньшей плавучестью больше усилий затрачивается на опору руками вниз. Замечено, что плавучесть у мужчин меньше, чем у женщин, у спринтеров — меньше, чем у стайеров. Критерий плавучести можно использовать для определения как специализации в плавании, так и характера технических действий.
Плавучесть
Плавучесть — свойство погружённого в жидкость тела оставаться в равновесии, не выходя из воды и не погружаясь дальше, то есть плавать. Также — раздел теории корабля, изучающий плавучесть.
Содержание
Закон Архимеда
Древнегреческий учёный Архимед сформулировал закон, по которому погружённое тело плавает в равновесии, когда его вес равен весу вытесненного им объёма жидкости.
При этом сила выталкивания, по природе сила давления, зависит от плотности жидкости (ρfluid), а вес (Gravity) от плотности тела (ρobject). Обе силы являются равнодействующими распределённых нагрузок. Понятно, что чем выше плотность жидкости, тем меньшая часть тела погрузится до равновесия. Наоборот, чем больше плотность тела при заданном объёме, тем больше его масса m, и тем глубже оно погрузится.
При отсутствии поверхностного натяжения, уравнение равновесия плавающего тела будет выглядеть:
где Pobject — вес тела, g — ускорение свободного падения, Pim — вес погружённого тела.
Считают, что Архимед вывел этот закон, решая задачу определения плотности тела, не прибегая к объёмам. По легенде, ему требовалось узнать, из золота ли сделана корона, весившая столько же, сколько золотой слиток. Прямо измерить объём короны он не мог из-за её сложной формы. [1]
Плавучесть корабля (судна)
Запас плавучести
Под плавучестью корабля понимают его способность оставаться на плаву при заданной нагрузке. Эта способность характеризуется запасом плавучести, который выражается как процент объёма водонепроницаемых отсеков выше ватерлинии к общему водонепроницаемому объёму. Любое нарушение непроницаемости ведёт к снижению запаса плавучести. Для корабля (судна), у которого корпус водонепроницаем по главную палубу:
где Vн — объём подпалубных помещений над ватерлинией, Vo — весь объём подпалубных помещений.
Уравнение равновесия в этом случае имеет вид:
где P — вес судна, γ — плотность воды, V — погружённый объём, и называется основным уравнением плавучести
Физический смысл запаса плавучести — это объём воды, который судно может принять (скажем, при затоплении отсеков), ещё оставаясь на плаву. Запас плавучести 50 % значит, что водонепроницаемый объём выше ватерлинии равен объёму ниже неё. Для надводных кораблей характерны запасы 50÷60 % и выше. Считается, что чем бо́льший запас удалось получить при постройке, тем лучше.
Нейтральная плавучесть
Когда объём принятой воды (для надводного корабля) в точности равен запасу плавучести, считается что плавучесть утеряна — запас равен 0 %. Действительно, в этот момент корабль погружается по главную палубу и находится в неустойчивом состоянии, когда любое внешнее воздействие может вызвать его уход под воду. А в воздействиях, как правило, недостатка нет. В теории этот случай называется нейтральная плавучесть.
Отрицательная плавучесть
При приёме объёма воды больше чем запас плавучести (или любого груза, большего по весу) говорят, что судно получает отрицательную плавучесть. В этом случае оно неспособно плавать, а может только тонуть.
Поэтому для судна устанавливается обязательный запас плавучести, который оно должно иметь в неповреждённом состоянии для безопасного плавания. Он соответствует полному водоизмещению и маркируется ватерлинией и / или грузовой маркой.
Гипотеза прямобортности
Для определения влияния переменных грузов на плавучесть пользуются допущением, при котором считается, что прием малых (менее 10 % водоизмещения) грузов не меняет площадь действующей ватерлинии. То есть изменение осадки считается так, словно корпус является прямой призмой. Тогда водоизмещение прямо зависит от осадки.
Исходя из этого, определяется фактор изменения осадки, обычно в т/см:
где S — площадь действующей ватерлинии, q означает величину изменения нагрузки в тоннах, необходимую для изменения осадки на 1 см. При обратном расчете он позволяет определить, не вышел ли из допустимых пределов запас плавучести.
Плавучесть тела: что это и от чего зависит
Физика для детей: экспериментируем с плавучестью предметов разной формы и плотности
Материалы:
Ход работы:
Сформируем пластилиновый шарик и забросим в банку с водой. Шарик сразу пойдет ко дну. Достанем его, хорошо вымесим и сформируем лодочку или лепесток с приподнятыми краями. Лодочка останется на поверхности воды, она будет стабильно плавать, пока внутрь не попадет вода. Так же ведет себя настоящий корабль.
Есть две причины, объясняющие разное поведение одинакового по весу куска пластилина.
Если погружать пластилин шариком, погружной объем будет меньше чем весь шарик. То же самое случается с кораблем, который вертикально уходит на дно. Выталкивающей силы недостаточно, чтобы удержать предмет на поверхности.
Интересный факт. Это свойство воды помогает подводной лодке погружаться и всплывать. В фазе погружения воздушные полости заполняются водой, а для сближения с поверхностью воду вытесняет сжатый воздух из специальных баллонов.
Удельный вес и плавучесть тела
Удельный вес и плавучесть тела [ править | править код ]
Удельным весом называется вес вещества в единице объема. Удeльный вес в системе СИ измеряется в Н/м3 (1 Н/м3 = = 0,102 кгс/м3) и находится по формуле
где Р — вес тела, Н; V— объем тела, м3.
По размерности плотность и удельный вес воды мало различаются и незначительно изменяются в зависимости от давления и температуры воды.
Удельный вес дистиллированной воды равен 1020 кгс/м3, или 1 кгс/дм3, или 1 гс/см3. Удельный вес воды, насыщенной солями, больше, чем пресной. Так, морская вода имеет удельный вес от 1,15 до 1,3 гс/см3.
Согласно закону Архимеда на тело, погруженное в воду, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной телом жидкости. Равнодействующая этих выталкивающих сил проходит через центр тяжести вытесненного объема и направлена вертикально вверх.
Если вес тела больше вытесненной им воды, то тело имеет отрицательную плавучесть и погружается на дно.
Если вес вытесненной телом воды больше веса тела, то тело плавает по поверхности воды, и в этом случае оно имеет положительную плавучесть.
Если вес вытесненной телом воды равен весу тела, то тело может находиться в неподвижном положении на любой глубине. Такая плавучесть называется нейтральной, или нулевой. Нулевой плавучести практически не бывает, как не бывает абсолютного равенства между весом тела и весом вытесненной им воды.
Удельный вес человеческого тела при полном вдохе в среднем равен 0,92 гс/см3, при выдохе в связи с уменьшением объема тела — 1,2 гс/см3. Наибольший удельный вес в теле человека имеет костная ткань — 1,7 —1,9 гс/см3, меньше — удельный вес мышечной ткани — 1,04—1,08 гс/см3 и самым малым удельным весом отличается жировая ткань — 0,92 — 0,94 гс/см3.
Так как удельный вес морской воды больше, чем пресной, человек в ней обладает большей плавучестью, и его тело лежит более высоко, чем в пресной воде. В связи с этим в морской воде можно плыть быстрее. По этой причине Международная федерация плавания не фиксирует рекордных результатов, показанных в морской воде.
Плавучесть тела имеет большое значение при решении вопроса, какую формировать технику движений. Пловцы с хорошей плавучестью для удержания тела в высоком положении тратят меньше усилий для этого при гребке. У таких пловцов относительные траектории движений рук при гребках вытянуты в горизонтальной плоскости, у пловцов с меньшей плавучестью больше усилий затрачивается на опору руками вниз. Замечено, что плавучесть у мужчин меньше, чем у женщин, у спринтеров — меньше, чем у стайеров. Критерий плавучести можно использовать для определения как специализации в плавании, так и характера технических действий.
Плавучесть
Тело остается на плаву, если влияющая сила плавучести сбалансирует его вес.
Задача обучения
Основные пункты
Термин
Почему одни тела держатся на воде, а другие – нет? Положите монетку в стакан с водой, и она пойдет ко дну. Но ведь многие корабли состоят из метала и плавают. Как так?
Состояние плавучести
Объект будет плавать, если влияющая на него сила плавучести сбалансирует вес: FB = mg. Согласно принципу Архимеда, сила плавучести отображает вес перемещенной жидкости. То есть, только при определенных обстоятельствах плавучесть приравнивается к весу объекта. Давайте взглянем на железный блок весом в 1 тонну. Железо по плотности в 8 раз превосходит воду, то есть вытесняет 1/8 тонны воды. Этого недостаточно, чтобы оставаться на плаву. А теперь переделаем блок в чашу. Вес остался прежним, но вытесненный объем воды увеличился. Чем глубже погружение, тем больше вытесняется воды, и тем активнее влияет сила плавучести. Как только плавучесть сравняется с тонной, тело прекратит погружение.
Когда лодка вытесняет равное своему весу количество воды, она может плавать. Это именуют «принципом плавучести». Любой плавательный механизм должен создаваться так, чтобы соответствовать этому принципу. Судно на 3 тонны обязано обладать необходимой шириной, чтобы вытеснить 3 тонны воды. То же самое касается и дирижабля, но речь уже идет о вытесненном воздухе.
Плавучесть и плотность
В принципе Архимеда плотность занимает решающее место. От средней плотности зависит то, сумеет ли объект плавать. Дело в том, что жидкость с большей плотностью обладает и большей массой, а значит увеличивается вес при том же объеме. Если тело плотнее жидкости, то утонет. Степень углубления зависит от связи между плотностями тела и жидкости. У корабля без груза плотность меньше, и он не так сильно «проседает» в воде. Все это можно выразить в виде формулы:
Судно без груза (a) располагается выше на уровне воды, чем загруженное (b)
Погруженный объем приравнивается к объему смещенной жидкости (Vfl). Сейчас можно добыть соотношение между плотностями, добавив в выражение p = mV =
( ρ obj – средняя плотность объекта, ρfl – плотность жидкости). Объект плавает, поэтому его масса и смещенная жидкость равны и отменяют уравнение:
Важно отметить два момента: