Statikus felhajtóerő AustriaWiki az Austria Fórumban
A statikus felhajtóerő (folyadékokban is hidrosztatikus felhajtóerő, [1] gázokban aerosztatikus felhajtóerő) az a jelenség, hogy egy nyugalmi folyadékba (folyadékba vagy gázba) merített test úgy tűnik, hogy lefogy. [2] Úgy tűnik, mintha a test könnyebb lett volna, akár "felhúzható" is. Más szavakkal: súlya részben, teljesen vagy túlzottan a statikus felhajtóerő (szintén hidrosztatikus felhajtóerő [3]) kompenzálták.
A (hidro) statikus lendület gyakran használják a (hidro) statikával Felhajtóerő egyenlő, [4] bár a felhajtóerőt valójában csak az erő által létrehozott hatás leírására használják.
Ha a test súlya nagyobb, mint a jelenleg ható felhajtóerő, a test belesüllyed a folyadékba tól től. Haditengerészeti szaknyelvben ez lesz a helyzet negatív emelés vagy Alábecsülés megemlítik, például a tengeralattjárók alatti felhajtóerő-cellák esetében. Ha a súly kisebb, a test felemelkedik a folyadékban tovább. A felhajtóerő által vezérelt mozgás akkor ér véget, amikor a felhajtóerő és a súly új egyensúlyt talál. Például egy hőlégballon addig emelkedik, amíg el nem éri a kisebb sűrűségű légréteget, ami kevesebb felhajtóerőt okoz és megegyezik a léggömb sűrűségével. Ha egyensúlyban van az erõ, a ballon a magasság megváltozása nélkül lebeg. A víz felszínén megjelenő tengeralattjáró egyensúlyt érhet el, ha részben elhagyja a vizet, és ezáltal csökkenti felhajtóerejét. A tengeralattjáró a felszínen úszik.
A statikus felhajtóerő ereje az Archimédész elvéből adódik, vagyis attól függ, hogy a most kiszorított folyadék milyen hatást gyakorolt. A test sűrűségét gyakran összehasonlítják a folyadék sűrűségével annak érdekében, hogy kijelentést tegyenek a test süllyedéséről, lebegéséről vagy felemelkedéséről. A folyadék fajsúlyához való viszony elavult.
Legyen folyadék tárgya körbefolyik, a dinamikus emelés is működhet (amely amikor érintkezési nyomásként lefelé irányul, úgy is Leszorító erő van kijelölve), ez dinamikus A felhajtóerő a fizikai elv, amely a madarak, a repülőgépek és a helikopterek repülésében rejlik.
Fizikai háttér
A folyadékba merített test felhajtóereje abból adódik, hogy a gravitációs mezőben lévő folyadék nyomása, az úgynevezett hidrosztatikus nyomás a mélységgel növekszik [5], vagyis minden egyes kiterjesztett testnél "alul" és "fent" különbözik. Például, ha egy négyszög alakú test az alapjával egy folyadékba merül, akkor az alapra eső hidrosztatikus nyomás (a képen jelzett) nagyobb, mint a tetején (a). [5] Szabálytalan alakú testek esetében a statikus felhajtóerő az az erő, amelyet a hidrosztatikus nyomások (függőleges) erőösszetevői adnak, amelyek az összes felszíni részre hatnak. [5]
A merülő kockaterület felhasználásával következtetni lehet: F A> felhajtóerő hat egy olyan testre, amely egy ρ sűrűségű folyadékba merül:
V a test által kiszorított folyadék térfogata, g a gravitáció miatti gyorsulás.
A ρ V sűrűség és térfogat szorzata a test által kiszorított folyadék m tömege. G ρ V pedig a súlya. A statikus felhajtóerő tehát megfelel a folyadék tömegének, amely a merített test helyén lenne.
Ez a kapcsolat archimedesi elvként ismert.
Ha az F → A> _> statikus felhajtóerőt összehasonlítjuk a vizsgált test F → G> _ >> súlyával, akkor a test és a folyadék sűrűségének aránya meghatározó ebben az összehasonlításban. Ezt úgy foglaljuk össze, hogy a test akkor lebeg egy folyadékban, amikor az átlagos sűrűsége pontosan megegyezik a környező folyadékéval, hogy kisebb sűrűséggel emelkedik vagy nagyobb sűrűséggel süllyed.
A hidrosztatikus paradoxon szerint a nyomás csak a mélységtől függ, és nem a folyadék alakjától. Ezért a felhajtóerő független attól a folyadékmennyiségtől, amelyben a test elmerül. Az elv tehát akkor is érvényes, ha a még jelenlévő folyadék térfogata kisebb, mint az úszó elmerült része.
A felhajtóerő kisebb, mint a súlyerő: süllyed
A felhajtóerő nemcsak az összes testre hat, ha egy medencébe merül, hanem a levegőben is. Ez a hatás normál körülmények között sokkal kisebb (
1000 tényező), mint folyadékban, a pontos méréshez figyelembe kell venni, hogy a levegőben lévő tömeg meghatározásakor csak a mérési értéket kapjuk meg közelítő értékként. Még az apró testeknél is, mint például a levegőben lévő olajcseppek, az erők egyensúlyának pontos mérésénél figyelembe kell venni a felhajtóerőt, lásd Millikan kísérlet.
A legenda szerint a szirakúzi Arkhimédésznek állítólag ellenőriznie kellett a korona aranytartalmát, és egyszer mártotta a koronát, majd egy azonos súlyú aranyrudat egy teljes víztartályba, és megmérte a túlfolyó víz mennyiségét. Galileo Galilei azt gyanította, hogy Archimédész ehelyett a fentiekhez hasonló sugármérleget használt a víz különböző felhajtóereje miatti sűrűségbeli különbségek mérésére.
A felhajtóerő nagyobb, mint a súly: növekvő
Az emelőerő megegyezik a tömeggel
Lebeg
Úszás a felszínen
Ha az F → G> _ >> súlyán kívül csak az F → A> _> statikus felhajtóerő hat egy pihenő, részben elmerülő testre (pl. Hajóra), akkor a felhajtóerő a statikus egyensúlyban érvényesül
függetlenül a víz sűrűségére, amely befolyásolja a test behatolási mélységét (egyensúlyi helyzetben F A/(ρ ¯ V) = g ¯> /> V)> = >>)
Az úgynevezett úszási egyensúly [14] kimondja, hogy:
Merített V teljes térfogat = sűrűség d. a folyadék úszó testsűrűsége >>> = >>>> [14]
Használata: hajóhuzat
Az úszó hajók stabil egyensúlyban vannak: Amikor mély hullámokba merülnek nagy hullámokban, a kiszorított vízmennyiség és így a felhajtóerő megnő, és újra felemelkednek. Ha túl messzire emelik őket, a kiszorított vízmennyiség és felhajtóerő csökken, és a gravitáció lehetővé teszi számukra, hogy újra elmerüljenek.
Ha egy hajó az egyik oldalra dől, pl. B. forduló körben vagy keresztszélben a huzat ezen az oldalon növekszik, míg a másik oldalon csökken. A megváltozott nyomásviszonyok szerint a felvonó középpontja elmozdul, és egy pillanat áll elő, amely ellensúlyozza a dőlést és a hajó visszaállítását a kiindulási helyzetbe, amint a külső befolyás alábbhagy.
Ha egy kompot megraknak, annak súlya megnő, így süllyed mélyebbre belép a vízbe és több vizet kiszorít, mint terheletlen állapotban. A nagyobb süllyedési mélység miatt akkor hat több A felhajtóerő, ez mindig egyensúlyban van a (most nagyobb) súlyerővel.
Ha ez a hajó az Északi-tengertől az Elba felé hajt, és így sós vízről édesvízre változik (amelynek sűrűsége kisebb, mint a sós víznél), akkor a felhajtóerő változatlan merülési mélységű édesvízben csökken. Ezért a hajó süllyed mélyebbre amíg a nagyobb süllyedési térfogatú úszóerő ismét egyensúlyban van a hajó súlyával.
F = szabadvíz édesvízben
T = szabadoldal trópusi tengervízben (a tenger sós vize)
S = nyári terhelési jel a tó vizében
W = szabadoldal a tengervízben télen
WNA = Szabadoldal a tengervízben télen az Atlanti-óceán északi részén
A hajók rakodási címkéi jelzik a különböző sűrűségű vízbe merített (megengedett) mélységet. A belvizek édesvizének lépcsőjének (a kör alakú irányú) felső két vízszintes felső széle, a belvizek édesvize számára négy, a különböző hőmérsékletű tengerek sűrűbb sós vize alatt négy a másik alatt.
Ha a tengeralattjáró metán-hidrát lerakódásaiból a metán felfújódik, az kockázatot jelenthet a hajózásra. Skót tudósok ezt az északi-tengeri Boszorkányok lyukában felfedezett halászhajó elsüllyedésének tulajdonítják. Az emelkedő gázbuborékok annyira csökkenthetik a tengervíz sűrűségét, hogy a hajók hirtelen elveszítik úszóképességüket. [15] [16]
Alkalmazás: sűrűségmérés, hőmérsékletmérés
Az F A> felhajtóerő a hidrométerre (más néven sűrűségű orsóra) hat, amely egy ρ sűrűségű folyadékba merül:
A behatolási mélységből tehát következtetéseket lehet levonni a folyadék sűrűségéről és így esetleg az oldott anyagok tartalmáról, amelyek a hidrométer céljának megfelelő skálán olvashatók le. Tipikus példa erre a skála-aerométer.
A Galileo Galilei folyadékhőmérőben az úszók különböző magasságokban, a megfelelő egyensúlyi helyzetben vannak elrendezve a folyadék hőmérsékletfüggő sűrűségének megfelelően.
A Galileo hőmérője a folyadék hőmérsékletét mutatja a folyadék különböző testeinek felhajtóereje alapján. Az erre a célra használt üveggömbök, amelyek átmérője nagyobb, mint a henger belső átmérőjének fele [17] (hogy a rétegződésben maradjanak, és ne "előzzék meg" egymást), folyadékokkal voltak egyensúlyban, így azok átlagos sűrűsége a legfelső gömbtől a legalacsonyabb labda növekszik. Mivel a folyadék sűrűsége hőmérsékletfüggő, a felhajtóerő a hőmérséklet függvényében változik. Bizonyos hőmérsékleten minden gömb megemelkedik, amelynek átlagos sűrűsége kisebb, mint a környező folyadék átlagos sűrűsége. Minden gömb süllyed, amelynek átlagos sűrűsége nagyobb, mint a környező folyadék átlagos sűrűsége. Az alul úszó gömbhöz rögzített matricáról leolvasható az aktuális hőmérséklet. [17] Ha a folyadék ezután felmelegszik, azaz csökken a sűrűsége, akkor egy másik golyó elsüllyed, és az új hőmérséklet leolvasható az alján úszó gömbhöz rögzített matricáról.
A hőmérséklet függvényében változó felhajtóerő a tengeralattjáró merülések során is jelentkezik, amikor a tengervíz hőmérséklete a víz mélységének növekedésével csökken, vagy a tengeralattjáró statikus merülés közben váltakozik meleg és hideg tengeráram között.
Lásd még a hajók rakodási jelének fenti ábráját, amely figyelembe veszi a hajók nyári és téli felhajtóerejét, valamint az Atlanti-óceán északi részének hideg vizeiben és a melegebb trópusi vizekben.
Alkalmazás: fizikai játékok
Lásd még
web Linkek
Egyéni bizonyíték
- ↑ Ernst Lecher: Mechanika és akusztika - melegség - optika.ISBN 3-11-121275-0, 121. o. (Korlátozott előnézet a Google Könyvkeresőben), utoljára 2020 februárjában tekintették meg.
- H. Joseph H. Spurk: Áramlástan.ISBN 3-540-61308-0, 143. o. (Korlátozott előnézet a Google Könyvkeresőben), utoljára 2020 februárjában tekintették meg.
- ↑Áramlatok. 12. o. (Korlátozott előnézet a Google Könyvkeresőben), utoljára 2020 februárjában tekintették meg.
- ↑Fizika és rádiótechnika a tengerészek számára. P. 48 (korlátozott előnézet a Google Könyvkeresőben), utoljára 2020 februárjában tekintették meg.
- 123 Douglas C. Giancoli: fizika.ISBN 3-86894-023-5, 460. oldal (korlátozott előnézet a Google könyvkeresőben)
- ↑ Ezek az épületek a tervezettnél jóval drágábbak lettek; a weser-kurier.de oldalon
- ↑ Hans-Joachim Schlichting (fizikatanár)
- ↑ Hans-Joachim Schlichting (fizikatanár)
- ↑ David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker: Halliday fizika.ISBN 978-3-527-81260-8, 467. o. (Korlátozott előnézet a Google Könyvkeresőben), utoljára 2020 februárjában tekintették meg.
- ^ Clifford A. Pickover: Archimedes Hawkinghoz. Oxford University Press USA - OSO, 2008, ISBN 978-0-19-533611-5, 41. o .
- ^ Theodor Pöschl: A test úszása. In: Hidraulika tankönyv mérnököknek és fizikusoknak. Springer, Berlin/Heidelberg 1924, ISBN 978-3-642-98315-3, 27–35. P., Doi: 10.1007/978-3-642-99127-1_4 (springer.com [hozzáférés: 2020. február 25.]).
- ↑ Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik 1 (= Springer tankönyv). Springer, Berlin/Heidelberg 2018, ISBN 978-3-662-54846-2, doi: 10.1007/978-3-662-54847-9 (springer.com [hozzáférés: 2020. február 25.]).
- ^ Johow, E. Foerster: a hajók számítása és tervezése. In: Segélykönyv hajóépítéshez. Springer, Berlin/Heidelberg 1928, ISBN 978-3-642-50392-4, 1–150. Oldal, doi: 10.1007/978-3-642-50701-4_1 (springer.com [hozzáférés: 2020. február 25.]).
- 12 Thomas Krist: Hidraulika. In: képletek és táblázatok a technológia alapismeretei. Vieweg + Teubner Verlag, Wiesbaden 1997, ISBN 978-3-528-14976-5, 197–208. O., Doi: 10.1007/978-3-322-89910-1_16 (springer.com [hozzáférés: 2020. február 25.] ).
- ↑ BBC News: Az Északi-tenger roncsa a metán rejtélyében. 2000. november 29 (megtekintve 2013. július 23).
- ↑ Hans-Joachim Schlichting (fizikatanár)
- 12.Játékok, fizika és szórakozás. 87. o. (Korlátozott előnézet a Google Könyvkeresőben).
A "hidrosztatikus paradoxont" szintén a következőképpen kell megfogalmazni: Az alsó nyomás független az edény alakjától, és csak a folyadék fajsúlyától és a folyadék szintjének függőleges távolságától függ az aljától.
-- Himmelbauer Josef, 2013. november 15, péntek, 19:07