Static Buoyancy AustriaWiki vo fóre Austria

The statický vztlak (aj v tekutinách hydrostatický vztlak, [1] v plynoch aerostatický vztlak) je jav, pri ktorom sa zdá, že telo ponorené v tekutine (tekutine alebo plyne) v pokoji chudne. [2] Vyzerá to, akoby sa telo stalo ľahším, dokonca ho možno „vytiahnuť“. Inými slovami: jeho váha je čiastočne, úplne alebo nadmerne prekročená statický vztlak (tiež hydrostatický vztlak [3]) kompenzované.

Ten (hydro) statický zosilnenie sa často používa s (hydro) statickým Vztlak rovnica [4], hoci vztlak sa v skutočnosti používa iba na popísanie účinku, ktorý vytvára sila.

Ak je hmotnosť tela väčšia ako momentálne pôsobiaca vztlaková sila, telo sa ponorí do tekutiny od. V námorníckom žargóne to tak bude negatívny zdvih alebo Podhodnotenie spomenuté napríklad v prípade podmorských podpovrchových buniek. Ak je váha menšia, telo stúpa v tekutine na. Pohyb vyvolaný vztlakom sa končí, keď vztlaková sila a hmotnosť našli novú rovnováhu. Napríklad teplovzdušný balón stúpa nahor, kým nedosiahne vrstvu vzduchu s nižšou hustotou, čo spôsobuje menší vztlak a má rovnakú hustotu ako balón. Ak je rovnováha síl, balón pláva bez akejkoľvek zmeny nadmorskej výšky. Ponorka, ktorá sa objaví na povrchu vody, môže dosiahnuť rovnováhu čiastočným opustením vody a tým znížením jej vztlaku. Ponorka pláva na hladine.

Sila statického vztlaku vyplýva z Archimedovho princípu, to znamená, že závisí od hmotnosti, ktorá pôsobila na tekutinu, ktorá bola teraz vytlačená. Hustota tela sa často porovnáva s hustotou tekutiny, aby sa dalo povedať o potopení, vznášaní sa alebo stúpaní tela. Vzťah k špecifickej hmotnosti kvapaliny je zastaraný.

Staňte sa predmetom tekutín tečie okolo, môže pôsobiť aj dynamický zdvih (ktorý, keď je smerovaný nadol ako kontaktný tlak, tiež ako Príkon je určený), tento dynamický Vztlak je fyzikálny princíp lietania vtákov, lietadiel a vrtuľníkov.

Fyzické pozadie

Vztlak tela ponoreného do kvapaliny pochádza zo skutočnosti, že tlak tekutiny v gravitačnom poli, takzvaný hydrostatický tlak, rastie s hĺbkou [5], tj je odlišný pre každé expandované teleso „zdola“ a „zhora“. Napríklad ak je teleso kvádra ponorené so základňou do kvapaliny, hydrostatický tlak na základňu (na obrázku ako označené) väčšie ako na vrchu (a). [5] V prípade telies nepravidelného tvaru je statická vztlaková sila sila vyplývajúca z (vertikálnych) zložiek sily hydrostatických tlakov, ktoré pôsobia na všetky povrchové časti. [5]

Pomocou ponoreného kvádra možno odvodiť: Vztlaková sila F A> pôsobí na teleso ponorené do kvapaliny s hustotou ρ v množstve:

V je objem tekutiny vytlačenej telom, g zrýchlenie spôsobené gravitáciou.

Produkt hustoty a objemu ρ V je hmotnosť m tekutiny vytlačenej telom. A g ρ V je jeho hmotnosť. Statická vztlaková sila teda zodpovedá hmotnosti kvapaliny, ktorá by bola na mieste ponoreného tela.

Tento vzťah je známy ako Archimedov princíp.

Ak sa statická vztlaková sila F → A> _> porovná s hmotnosťou F → G> _ >> uvažovaného telesa, potom je pre toto porovnanie rozhodujúci pomer hustôt telesa a kvapaliny. Je to zhrnuté tak, že teleso pláva v tekutine, keď jeho stredná hustota je úplne rovnaká ako hustota okolitej kvapaliny, že stúpa s nižšou hustotou alebo klesá s vyššou hustotou.

Hydrostatický paradox uvádza, že tlak závisí iba od hĺbky a nie od tvaru kvapaliny. Preto je vztlaková sila nezávislá od množstva tekutiny, do ktorej je telo ponorené. Princíp teda platí aj vtedy, ak má stále prítomná kvapalina menší objem ako ponorená časť plaváka.

Vztlaková sila je menšia ako sila hmotnosti: klesajúca

Vztlaková sila pôsobí nielen na každé telo, keď je ponorená v bazéne, ale je rovnaká aj vo vzduchu. Tento efekt je za bežných okolností oveľa menší (

Faktor 1000) ako v kvapaline, ale pri presnom vážení je potrebné vziať do úvahy, že pri určovaní hmotnosti na vzduchu sa získa iba hodnota váženia ako približná hodnota. Aj pri malých telách, ako sú kvapôčky oleja vo vzduchu, je potrebné pri presných meraniach rovnováhy síl brať do úvahy vztlak, pozri Millikanov experiment.

Podľa legendy mal Archimedes zo Syrakúz skontrolovať obsah zlata v korune a raz ponoriť korunku a potom zlatú tehlu s rovnakou hmotnosťou do plnej nádoby na vodu a zmerať množstvo pretečenej vody. Galileo Galilei tušil, že Archimedes namiesto toho použil na meranie rozdielov hustoty v dôsledku rozdielneho vztlaku vo vode lúčovú váhu podobnú tej, ktorá je uvedená vyššie.

Vztlak je väčší ako váha: vzostupne

Sila zdvihu sa rovná hmotnosti

Vznášať sa

Plávanie na hladine

Ak okrem svojej hmotnosti F → G> _ >> pôsobí na odpočívajúce, čiastočne ponorené teleso (napr. Loď) iba statický vztlak F → A> _>, použije sa vztlaková sila v statickej rovnováhe.

nezávisle na hustotu vody, ktorá má vplyv na hĺbku prieniku tela (v rovnováhe F A/(ρ ¯ V) = g ¯> /> V)> = >>)

Takzvaná plavecká rovnováha [14] uvádza, že:

Celkový ponorený objem V = hustota d. plávajúca telesná hustota kvapaliny >>> = >>>> [14]

Použitie: ponor lodí

Plávajúce lode sú v stabilnej rovnováhe: Ak sa ponoria hlbšie do vysokých vĺn, zvýšený objem vody a tým aj vztlak sa zvýšia a znova sa zdvihnú. Ak sú zdvihnuté príliš ďaleko, zmenšený objem vody a vztlak sa znižujú a gravitácia im umožňuje opäť sa ponoriť.

Ak sa loď nakloní na jednu stranu, napr. B. pri otáčaní v kruhu alebo pri bočnom vetre sa prievan na tejto strane zvyšuje, zatiaľ čo na druhej strane klesá. Podľa zmenených tlakových podmienok sa posunie stred výťahu a nastane okamih, ktorý pôsobí proti náklonu a vráti loď späť do východiskovej polohy, akonáhle vonkajší vplyv opadne.

Ak je trajekt naložený, jeho hmotnosť sa zvyšuje, takže klesá hlbšie vstupuje do vody a vytláča viac vody ako v nezaťaženom stave. Kvôli väčšej hĺbke potom klesá viac Vztlaková sila, ktorá je vždy v rovnováhe s (teraz väčšou) váhovou silou.

Ak by táto loď vplávala zo Severného mora do Labe a zmenila by sa tak zo slanej na sladkú vodu (ktorá má menšiu hustotu ako slaná voda), vztlaková sila by sa v sladkej vode znížila pri nezmenenej hĺbke ponorenia. Preto sa loď potápa hlbšie kým vztlaková sila väčšieho ponorného objemu nie je opäť v rovnováhe s hmotnosťou lode.

buoyancy
Značka voľného boku (vľavo) a značka nakladania (vpravo) na lodi: TF = Sladkovodné trópy voľného boku
F = voľný bok v sladkej vode
T = voľný bok v tropickej morskej vode (morská slaná voda)
S = značka letnej nakládky vo vode jazera
W = v zime voľný bok v morskej vode
WNA = Voľný bok v morskej vode v zime v severnom Atlantiku

Nakladacie značky na lodiach označujú (povolené) hĺbky ponorenia do vody rôznej hustoty. Horné dva vodorovné horné okraje schodu (v smere kruhového) voľného boku pre sladkú vodu vo vnútrozemských vodách, štyri spodné pod sebou pre hustejšiu slanú vodu v moriach s rôznymi teplotami.

Ak metán vybuchne z ponorených hydrátov metánu, môže to predstavovať riziko pre prepravu. Škótski vedci to pripisujú potopeniu rybárskeho trawlera objaveného v Čarodejníckej diere v Severnom mori. Stúpajúce bubliny plynu môžu znížiť hustotu morskej vody natoľko, že lode náhle stratia schopnosť plávať. [15] [16]

Použitie: meranie hustoty, meranie teploty

Vztlaková sila F A> pôsobí na hustomer (tiež nazývaný vreteno hustoty), ktorý je ponorený v kvapaline s hustotou ρ v množstve:

Z hĺbky prieniku je možné teda vyvodiť závery o hustote kvapaliny, a teda prípadne o obsahu rozpustených látok, ktoré je možné odčítať na stupnici prispôsobenej účelu hustomeru. Typickým príkladom je mierkový aerometer.

V kvapalinovom teplomere podľa Galileo Galilei sú plaváky usporiadané podľa teplotne závislej hustoty kvapaliny v rôznych výškach v príslušnej rovnovážnej polohe

Teplomer Galileo zobrazuje teplotu kvapaliny na základe vztlaku rôznych telies v kvapaline. Sklenené guľôčky použité na tento účel, ktorých priemer je väčší ako polovica vnútorného priemeru valca [17] (aby zostali v stratifikácii a navzájom sa „nepredbiehali“), boli vyvážené pomocou kvapalín tak, aby ich stredná hustota od najvyššej gule k najnižšia lopta sa zvyšuje. Pretože hustota kvapaliny závisí od teploty, vztlak sa mení podľa teploty. Pri určitej teplote stúpajú všetky sféry, ktorých stredná hustota je menšia ako stredná hustota kvapaliny, ktorá ich obklopuje. Všetky gule klesajú, ktorých stredná hustota je vyššia ako priemerná hustota okolitej kvapaliny. Aktuálna teplota sa dá zistiť z nálepky pripevnenej ku guli plávajúcej dole. [17] Ak sa potom kvapalina zahreje, to znamená, že klesá jej hustota, ďalšia guľa klesá a novú teplotu je možné zistiť z nálepky pripevnenej ku guľke plávajúcej dole.

Účinok vztlaku, ktorý sa mení s teplotou, nastáva aj pri ponorkách, keď teplota morskej vody klesá so zväčšujúcou sa hĺbkou vody alebo keď ponorka pri statickom potápaní strieda teplý a studený morský prúd.

Pozri tiež vyššie uvedenú ilustráciu značiek nakladania lodí, ktoré zohľadňujú rozdielny vztlak lodí v lete a v zime, v studených vodách severného Atlantiku a v teplejších tropických vodách.

Použitie: fyzické hračky

Pozri tiež

Webové odkazy

Individuálne dôkazy

  1. ↑ Ernst Lecher: Mechanika a akustika - teplo - optika.ISBN 3-11-121275-0, s. 121 (obmedzený náhľad v službe Google Book Search), posledný prístup vo februári 2020.
  2. ↑ Joseph H. Spurk: Mechanika tekutín.ISBN 3-540-61308-0, s. 143 (obmedzený náhľad v službe Google Book Search), posledný prístup vo februári 2020.
  3. ↑Prúdy. S. 12 (obmedzený náhľad vo Vyhľadávaní kníh Google), posledný prístup vo februári 2020.
  4. ↑Fyzika a rádiová technológia pre námorníkov. S. 48 (obmedzený náhľad vo Vyhľadávaní kníh Google), naposledy prístupný vo februári 2020.
  5. 123 Douglas C. Giancoli: fyzika.ISBN 3-86894-023-5, s. 460 (obmedzený náhľad vo vyhľadávaní kníh Google)
  6. ↑ Tieto budovy boli oveľa nákladnejšie, ako sa plánovalo; na weser-kurier.de
  7. ↑ Hans-Joachim Schlichting (učiteľ fyziky)
  8. ↑ Hans-Joachim Schlichting (učiteľ fyziky)
  9. ↑ David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker: Hallidayova fyzika.ISBN 978-3-527-81260-8, s. 467 (obmedzený náhľad v službe Google Book Search), posledný prístup vo februári 2020.
  10. ^ Clifford A. Pickover: Archimedes pred Hawkingom. Oxford University Press USA - OSO, 2008, ISBN 978-0-19-533611-5, s. 41 .
  11. ^ Theodor Pöschl: Plávanie tela. In: Učebnica hydrauliky pre inžinierov a fyzikov. Springer, Berlin/Heidelberg 1924, ISBN 978-3-642-98315-3, s. 27–35, doi: 10,1007/978-3-642-99127-1_4 (springer.com [sprístupnené 25. februára 2020]).
  12. ↑ Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik 1 (= Springerova učebnica). Springer, Berlin/Heidelberg 2018, ISBN 978-3-662-54846-2, doi: 10,1007/978-3-662-54847-9 (springer.com [prístup 25. februára 2020]).
  13. ^ Johow, E. Foerster: výpočet a návrh lodí. In: Kniha pomoci pre stavbu lodí. Springer, Berlin/Heidelberg 1928, ISBN 978-3-642-50392-4, s. 1–150, doi: 10,1007/978-3-642-50701-4_1 (springer.com [sprístupnené 25. februára 2020]).
  14. 12 Thomas Krist: Hydraulika. In: vzorce a tabuľky základné znalosti o technológii. Vieweg + Teubner Verlag, Wiesbaden 1997, ISBN 978-3-528-14976-5, s. 197–208, doi: 10,1007/978-3-322-89910-1_16 (springer.com [prístup 25. februára 2020] ).
  15. ↑ BBC News: Vrak Severného mora v záhade metánu. 29. novembra 2000 (sprístupnené 23. júla 2013).
  16. ↑ Hans-Joachim Schlichting (učiteľ fyziky)
  17. 12Hry, fyzika a zábava. S. 87 (obmedzený náhľad vo Vyhľadávaní kníh Google).

„Hydrostatický paradox“ by sa mal formulovať aj takto: Spodný tlak je nezávislý od tvaru nádoby a závisí iba od konkrétnej hmotnosti kvapaliny a od vertikálnej vzdialenosti hladiny kvapaliny od dna.

-- Himmelbauer Josef, piatok 15. novembra 2013, 19:07 hod