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 (ρ_fluid), а вес (Gravity) от плотности тела (ρ_object). 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:

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 V_н — объём подпалубных помещений над ватерлинией, V_o — 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

Из него следует:

1. при неизменной плотности γ изменение нагрузки P сопровождается пропорциональным изменением погружённого объёма V до достижения нового положения равновесия. То есть, при увеличении нагрузки судно «садится» в воду глубже, при уменьшении всплывает выше.
2. при неизменной нагрузке P изменение плотности γ сопровождается обратно пропорциональным изменением погружённого объёма V. Так, в пресной воде судно сидит глубже, чем в солёной.
3. изменение объёма V при прочих равных сопровождается изменением осадки. Например, при балластировке забортной водой или аварийном затоплении отсеков можно считать, что судно не приняло груз, а уменьшило погружённый объём, и осадка увеличилась — судно сидит глубже. При откачке воды происходит обратное.

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.

См. также

Примечания

1. ↑Архимед. Закон Архимеда. Биография Архимеда.

Литература

• Войткунский, Я. И. Справочник по теории корабля. Т.2. Статика судов. Качка судов. Л., Судостроение, 1986.
• Сизов, В. Г. Теория корабля: Учебное пособие для вузов. Одесса, Феникс, 2003.

Ссылки

Плавучесть: тематические медиа-файлы на Викискладе

• Теория корабля
• Гидростатика

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Плавучесть» в других словарях:

ПЛАВУЧЕСТЬ — (Buoyancy) способность судна плавать на воде, неся на себе назначенные по роду его службы грузы, имея при этом заданную осадку носом и кормой (грузовую ватерлинию). Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское… … Морской словарь

Плавучесть — ПЛАВУЧЕСТЬ, или способность держаться на водѣ, имѣя заданную осадку, есть главнѣйш. кач во всякаго к бля; по закону Архимеда, для этого необходимо, чтобы вѣсъ к бля равнялся вѣсу воды въ объемѣ подводн. части по данную ватерлинію, т. е.… … Военная энциклопедия

ПЛАВУЧЕСТЬ — ПЛАВУЧЕСТЬ, направленное вверх давление, оказываемое на предмет средой (жидкостью или газом), в которую он погружен. Давление действует на предмет со всех сторон, но снизу оно сильнее, поскольку нижняя часть предмета находится на большей глубине … Научно-технический энциклопедический словарь

ПЛАВУЧЕСТЬ — ПЛАВУЧЕСТЬ, и, жен. (спец.). Способность плавучего средства держаться на плаву благодаря силе поддерживающей его воды. П. судна. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

плавучесть — Тенденция погруженного в жидкость тела двигаться в вертикальном направлении в зависимости от отношения плотностей этого тела и окружающей жидкости. [http://www.oceanographers.ru/index.php?option=com glossary&Itemid=238] Тематики океанология EN… … Справочник технического переводчика

плавучесть — Способность предмета, удельный вес которого меньше, чем у воды, держаться на водной поверхности. Syn.: сила плавучести … Словарь по географии

плавучесть — способность корабля (судна) плавать в определённом положении, неся на борту заданное количество грузов … Морской биографический словарь

плавучесть — 3.10 плавучесть: Силы, действующие на частично погруженное в воду тело, т. е. свойство погруженного в жидкость тела оставаться в равновесии на плаву, не погружаясь полностью в воду. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Плавучесть — судна, способность судна с грузом на борту плавать в заданном положении относительно водной поверхности; одно из важнейших мореходных качеств (См. Мореходные качества) судна. Для обеспечения безопасности плавания каждое судно должно… … Большая советская энциклопедия

Плавучесть — Буквально способность судна плавать на воде; термин этот употребляется для выражения степени безопасности судна от погружения в воду при получении пробоины. На военных судах за меру П. принимают отношение объема защищенных (бронированных) частей… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

На чем основано плавание судов по воде. Действие силы Архимеда

Легко смириться с фактом, что небольшая деревянная лодка выдерживает вес пары взрослых мужчин с рыбацким снаряжением. Понять, как не тонут многотонные металлические боевые корабли и танкеры с контейнерами, человеческому мозгу сложно. Это до момента, пока у ребёнка нет знаний физических законов, объясняющих на чем основано плавание судов. Разберёмся, за счёт каких сил и явлений тяжёлые на первый взгляд предметы не тонут в жидкости, а масло всегда держится на поверхности воды.

Закон Архимеда

1. Определить, сделана корона царя из чистого золота или с примесями иных металлов.
2. Доказать, что ювелир сжульничал, добавив в расплавленное серебро примесей.

Уже тогда была известна формула вычисления объёма тел при известных массе и плотности. С весами проблемы не было, а определить объём сложного украшения крайне сложно, не переплавив его в слиток.

Архимед долго размышлял над задачами, пока не погрузился в ванную, откуда выплеснулась вода. Он понял, что собственное тело вытесняет столько жидкости, сколько само занимает в пространстве. Учёный выскочил из дома и без одежды с криком «Эврика» побежал к правителю поделиться соображениями. Он понял, что, погрузив в воду кусок золота, равный короне весом, можно определить факт обмана.

Инженер сделал открытие, носящее название закон Архимеда: погруженное в жидкость либо газ, тело выталкивается с силой, равной массе вытесненного телом жидкого или газообразного вещества. Эта выталкивающая сила называется гидростатической либо архимедовой. Действует она только в условиях гравитации, в невесомости – нет.

Если помещённое в жидкость тело плавает, значит значение выталкивающей силы по модулю больше гравитации.

Плавучесть судна

Плавание судов и воздухоплавание объясняются законом Архимеда. В покое давление в жидкости объясняется ударами перемещающихся молекул одна о другую. При погружении предмет вытесняет часть жидкости. Молекулы будут ударяться о предмет. Если боковые силы уравновешиваются, то оказываемое снизу давление выталкивает тело наверх. И с ростом глубины сила Архимеда растёт – чем глубже предмет, тем сильнее выталкивающая его сила.

Почему стальные судна, в разы плотнее воды, не тонут в ней? Количество вытесняемой ими жидкости равняется объёму находящегося в жидкости металла (корпуса) и воздуха, который содержится в нём. Сталь плотнее воды всего в 7,8 раз, а воздух – реже неё приблизительно в 770 раз. Фактическая плотность погруженного в воду корабля в разы меньше, чем воды, поэтому жидкость выталкивает его наверх.

То же касается полётов на воздушном шаре: в нём используется более лёгкий или менее плотный за воздух гелий: 1,29 кг/м 3 против 0,179 кг/м 3 .

Что такое масса воды, вытесняемая плавающим судном

Водоизмещение – масса воды, вытесняемой погруженной частью плавающего судна. Она весит столько, сколько корабль, независимо от габаритов. Водоизмещение оказывает влияние на загруженность судна, на дальности плавания судна не сказывается.

Источник https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/671138

Источник https://bingoschool.ru/manual/na-chem-osnovano-plavanie-sudov-po-vode.-dejstvie-silyi-arximeda/

Источник