المحتوى
عندما تغوص في حمام السباحة ، من المرجح أن يطفو جسمك بشكل طبيعي طالما استمر في السباحة. الطريقة التي يرتفع بها جسمك في حوض السباحة إلى السطح تعتمد جزئيًا على القوة الطافية. الكائنات تجربة تحت الماء هذه القوة التصاعدية ، قوة الطفو. يمكنك تطبيق هذا على نفسك وعلى أشياء أخرى مثل الأنابيب وحتى استخدام هذه المبادئ لبناء الطوافات.
حاسبة الطفو
تعارض القوة الطافية أي كائن أثناء دخوله الماء ، وفي هذا الاتجاه التصاعدي ، يسمح لكائنات مثل القوارب والعوامات بالطفو. هذه القوة تنتج من الضغط الهيدروليكيهو الضغط الذي يحدثه السائل مثل الماء على جسم ما عندما يكون السائل في حالة راحة. يمكنك استخدام حاسبة الطفو أو المعادلات لقياسه.
يمكنك قياس قوة الطفو كنتيجة للضغط الهيدروستاتيكي F = rgV لكثافة السوائل ص في وحدات الكتلة / الحجم (مثل كجم / م3)، تسارع الجاذبية ز (9.8 م / ث2) وحجم المغمورة في الماء الخامس لحساب قوة الطفو F_._
يمكنك حساب القوة الطافية التي تعارض قوة الجاذبية حيث أن كتلة الماء التي تحيط بالمكعب تضاعف سرعة قوة الطفو. كثافة الماء 1000 كجم / م3ولأن المكعب مغمور بالمياه في منتصف الطريق ، تعمل القوة الطافية على نصف حجم المكعبات.
هذا يعني أن كتلة الماء حول المكعب هي كثافة حجمها ، أو 1000 كجم / م3 × 4.5 م3، وهو 4500 كجم. ضرب هذا في 9.8 م / ث2 يمنحك 44100 N قوة الطفو. تعني معارضة القوة المزدهرة وقوة الجاذبية أيضًا أن الجسم يطفو أو يغرق وفقًا لما إذا كانت قوة الطفو تفوق قوة الجاذبية أم لا.
الطفو البلاستيكية المختومة
تعتبر أنابيب Polyvinyl chloride (PVC) مرشحًا مثاليًا للاستخدام عند البناء خطوط أنابيب تحت الماء. إذا كنت تعرف قطر أنبوب مغمور بالكامل تحت الماء ، يمكنك حساب وزن الماء النازل لكل طول الأنبوب (رطب).
هذه القوة لكل طول رطب اعطي من قبل رطب = πd2 × 62.4 / 4 لقطر د من الأنابيب. تمثل القيمة 62.4 وزن الماء بالجنيه لكل قدم مكعب على الأنبوب ، وهو قياس مفيد لتحديد الوزن نتيجة الطول.
اشتقاق الطفو
يمكنك الحصول على هذه المعادلة نتيجة لاشتقاق القوة المزدهرة. إذا كنت تعرف وزن الماء في الرطل لكل قدم مكعب على الأنبوب ، فيمكنك كتابة القوة التي تمارسها على الأنبوب بضربه في حجم الأنبوب كما 62.4 × الخامس أو 62.4 × πr2هيدروجين لنصف القطر ص من الأنابيب قاعدة دائرية والارتفاع هيدروجين كما طول الأنبوب.
يمكنك إعادة كتابة نصف القطر كنصف القطر ، أو د / 2، بحيث يصبح هذا التعبير π (د / 2)2هيدروجين × 62.4 أو πd2 س × 62.4 / 4. أخيرًا ، يمكنك تقسيم هذا التعبير على طول الأنبوب h للحصول على تعبير عن القوة لكل طول رطب مثل πd2 × 62.4 / 4.
يمكنك كتابة نسخة مبسطة من المعادلة ل رطب مثل وزن = 49.01 × د2 لمعادلة تعتمد فقط على القطر. تتيح لك هذه الطريقة لإيجاد عامل لوزن الماء بالجنيه لكل قدم مكعب على الأنبوب أيضًا تحديد القيم لأنواع أخرى من الأنابيب بحيث يمكنك إنشاء معادلات لا تغير هذا العامل إلا (62.4) لكل ما تحتاجه لتغرق تحت الماء.
الأنابيب البلاستيكية الطوافة
ضع في اعتبارك ، كما هو الحال مع جميع قوى الانتعاش ، أن ماء القوة أو أي سوائل تمارس على جسم ما يعتمد على هندسة الكائن ومقدار الغمر في الماء فعليًا. يمكن لخطط قفص الاتهام العائم الاستفادة من هذه المعادلات لتحديد نوع المواد الأفضل لبناءها.
يمكن لبناء طوف من الأنابيب البلاستيكية الاستفادة من القوة الطافية التي تمارس على الأنابيب البلاستيكية المغمورة جزئيًا في الماء. يمكنك بناء مجموعة الأنابيب البلاستيكية الخاصة بك باستخدام المواد الأساسية من حوالي 84 "من 6" من الجدول 40 PVC ، رغوة البناء ، ومواد السد وألواح الخشب الرقائقي.