Составители:
Рубрика:
Вопросы, изучаемые в этом разделе, наглядно представлены на блок-
схеме, показанной на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Структурно-логическая блок-схема вопросов,
рассматриваемых в теории плавучести
3.1. ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ И ЕГО СВОЙСТВА
Внутри любой жидкости действуют силы, обусловленные весомостью
жидкости. Если эти силы распределить по элементарной (бесконечно малой)
площадке, то отношение этих сил к площади будет называться гидростати-
ческим давлением. Гидростатическое давление обладает тремя специфиче-
скими свойствами:
Гидростатическое давление р всегда ориентировано внутрь тела, погру-
женного в жидкость, и направлено по нормали, т.е. перпендикулярно каса-
тельной к любой точке на поверхности этого тела (см. рис. 3.1.1а).
а) б) в)
р
р р
р h
р
Рис. 3.1.1. Иллюстрация свойств гидростатического давления
Если провести через какую-либо точку внутри жидкости в разных на-
правлениях элементарные площадки (см. рис. 3.1.1б), то величина гидроста-
тического давления остается постоянной и не зависит от ориентации пло-
щадки.
Гидростатическое давление линейно увеличивается с увеличением глу-
бины погружения площадки (см. рис. 3.1.1в) и равно весу столба воды, дей-
ствующему на эту площадку (атмосферным давлением пренебрегаем):
p = γh,
где р – гидростатическое давление (г/см², 1кг/см² = 1 атмосфера);
γ – (произносится «гамма») удельный вес жидкости, т.е. вес единицы объема
(г/см³, т/м³); h – глубина погружения площадки (м).
Так, для пресной воды, имеющей γ = 1 г/cм³, на глубине h = 1 м или 100см
на площадку размером в 1 см² будет давить столб воды объемом 100 см³ или
весом 100 г. Соответственно, гидростатическое давление на глубине 10 м бу-
дет 1 кг/см², на глубине 1 км – 100 кг/cм², 10 км – 1 т/cм². Батискаф, погру-
зившийся на глубину 10 км, в зависимости от его размеров, будет обжимать-
ся суммарным давлением в сотни тысяч или даже миллионы тонн.
Последнее свойство гидростатического давления обуславливает появле-
ние выталкивающих сил, архимедовых сил или сил поддержания (чаще при-
нято называть их силами поддержания).
Погрузим в жидкость цилиндр (см. рис. 3.1.2). Силы гидростатического
давления, действующие на боковую поверхность цилиндра, равны, направле-
ны навстречу друг другу и друг друга взаимно уничтожают. Суммарная сила,
действующая на верхний торец цилиндра F
в
равна гидростатическому давле-
нию на глубине h, умноженному на площадь основания цилиндра F
В
= Р
В
S =
γh S.
Аналогично, для нижнего торца F
Н
= P
Н
S = γHS.
Поскольку нижний торец находится на большей глубине (на высоту ци-
линдра t = H – h), то появляется разность сил Fн – Fв =
= γ(h + t)S – γhS = γSt = γv, которая и является силой поддержания, умень-
шающая вес погруженного тела. Иначе говоря, сила поддержания – это вес
жидкости, заключенной в объеме цилиндра или вытесненной цилиндром. Те-
ло любой другой формы можно представить состоящим из множества беско-
нечно тонких цилиндров, для каждого из которых действует изложенное по-
ложение – это значит, что этот закон действует и для всего тела.
Рис. 3.1. Структурно-логическая блок-схема вопросов, решаемых в теории
плавучести
Определение
водоизмещения
судна
Плавучесть судна
Силы, действующие
на плавающее судно
Гидростатическое
давление
Силы поддержания
Силы тяжести
Условие плавучести
Нормирование пла-
вучести
Практические задачи, решаемые в теории плавучести
Определени
координа
центра
Определение
изменения осадки
при приеме груза
Определение
координат центра
тяжести судна
Определение
осадок судна
носом и кормой
Уровень жидкости
γv –cилы поддержания
h
р
в = γh
pв
H
t = H – h
v = St
объем
цилинд
р
а
p
Вопросы, изучаемые в этом разделе, наглядно представлены на блок- тического давления остается постоянной и не зависит от ориентации пло-
схеме, показанной на рис. 3.1. щадки.
Гидростатическое давление линейно увеличивается с увеличением глу-
Гидростатическое Плавучесть судна Нормирование пла- бины погружения площадки (см. рис. 3.1.1в) и равно весу столба воды, дей-
давление вучести
ствующему на эту площадку (атмосферным давлением пренебрегаем):
Силы, действующие p = γh,
на плавающее судно где р – гидростатическое давление (г/см², 1кг/см² = 1 атмосфера);
γ – (произносится «гамма») удельный вес жидкости, т.е. вес единицы объема
Силы поддержания Условие плавучести Силы тяжести
(г/см³, т/м³); h – глубина погружения площадки (м).
Так, для пресной воды, имеющей γ = 1 г/cм³, на глубине h = 1 м или 100см
Практические задачи, решаемые в теории плавучести на площадку размером в 1 см² будет давить столб воды объемом 100 см³ или
весом 100 г. Соответственно, гидростатическое давление на глубине 10 м бу-
Определение Определение
Определени Определение Определение дет 1 кг/см², на глубине 1 км – 100 кг/cм², 10 км – 1 т/cм². Батискаф, погру-
водоизмещения координа
координат центра изменения осадки осадок судна
судна центра
тяжести судна при приеме груза носом и кормой зившийся на глубину 10 км, в зависимости от его размеров, будет обжимать-
ся суммарным давлением в сотни тысяч или даже миллионы тонн.
Рис. 3.1. Структурно-логическая блок-схема вопросов, Последнее свойство гидростатического давления обуславливает появле-
рассматриваемых в теории плавучести ние выталкивающих сил, архимедовых сил или сил поддержания (чаще при-
нято называть их силами поддержания).
Погрузим в жидкость цилиндр (см. рис. 3.1.2). Силы гидростатического
3.1. ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ И ЕГО СВОЙСТВА давления, действующие на боковую поверхность цилиндра, равны, направле-
Внутри любой жидкости действуют силы, обусловленные весомостью ны навстречу друг другу и друг друга взаимно уничтожают. Суммарная сила,
жидкости. Если эти силы распределить по элементарной (бесконечно малой) действующая на верхний торец цилиндра Fв равна гидростатическому давле-
площадке, то отношение этих сил к площади будет называться гидростати- нию на глубине h, умноженному на площадь основания цилиндра FВ = РВS =
ческим давлением. Гидростатическое давление обладает тремя специфиче- γh S.
скими свойствами: Аналогично, для нижнего торца FН = PНS = γHS.
Гидростатическое давление р всегда ориентировано внутрь тела, погру- Поскольку нижний торец находится на большей глубине (на высоту ци-
женного в жидкость, и направлено по нормали, т.е. перпендикулярно каса- линдра t = H – h), то появляется разность сил Fн – Fв =
тельной к любой точке на поверхности этого тела (см. рис. 3.1.1а). = γ(h + t)S – γhS = γSt = γv, которая и является силой поддержания, умень-
шающая вес погруженного тела. Иначе говоря, сила поддержания – это вес
а) б) в)
р
жидкости, заключенной в объеме цилиндра или вытесненной цилиндром. Те-
р р ло любой другой формы можно представить состоящим из множества беско-
р h нечно тонких цилиндров, для каждого из которых действует изложенное по-
ложение – это значит, что этот закон действует и для всего тела.
Уровень жидкости
р
γv –cилы поддержания
Рис. 3.1.1. Иллюстрация свойств гидростатического давления
h
Если провести через какую-либо точку внутри жидкости в разных на- рв = γh
правлениях элементарные площадки (см. рис. 3.1.1б), то величина гидроста- pв
H
v = St t=H–h
объем
Рис. 3.1. Структурно-логическая блок-схема вопросов, решаемых в теории цилиндра
плавучести
p
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- …
- следующая ›
- последняя »
