Folyadékok

Egy hajó egy bizonyos mélységben elsüllyedt, megpróbáljuk felszínre hozni, levegőt fecskendezve a benne lévő víz kiszorításához. A hajó akkor kezd felkapaszkodni, amikor a tolóerő megegyezik a tömeggel. Kiszámítjuk a légköri nyomáson mért levegő térfogatát és tömegét, amelyet kompresszor vezérel. Kiszámítjuk azt a távolságot is, amelyet a hajó alulról megtesz, amíg a víz felszínén úszik.

Fizikai alapismeretek

Vegyünk egy olyan hajót, amely négyszögletes doboz (parallepiped) alakú, 10 m magas és szakaszon 280 m 2 .

  • Az elsüllyedt hajó

levegő térfogata

A hajó akkor kezd lebegni, amikor a hajó súlya megegyezik a tolóerővel. A tolóerő a kiszorított víz térfogatának súlya

Ahol r a tengervíz sűrűsége (1000 kg/m 3 -et veszünk fel), bár valamivel nagyobb, mint az édesvízé, S - a hajó alapterülete, és x a hajó légmagassága, az ábrán sárga színnel.

Példa: 863 Tm hajó esetén a x megközelítőleg 3,08 m. Ami 862 m 3 légmennyiségnek felel meg (a hajó tövének területe 280 m 2)

A légnyomás lesz

Hol Y a mélység, és h a hajó magassága (10 m). Y = 26 m mélység esetén a nyomás megegyezik o= 287000 Pa. És az általunk kiszámított levegő térfogata V = 862 m 3

A kompresszor által szolgáltatott levegő megközelítőleg megegyezik azzal, amelyet a sűrített levegő atmoszférikus nyomáson (p0 = 10 5 Pa) ugyanazon a hőmérsékleten foglalna el a csónakban.

V0 = 2475 m 3 légtérfogatot kapunk. A kompresszor e térfogat pumpálásához szükséges idő az áramlási sebességtől függ. Ha az áramlási sebesség 1000 m 3/perc, akkor 2,5 percet vesz igénybe.

Kiszámíthatjuk az ebben a térfogatban lévő levegő tömegét is szobahőmérsékleten (300є K)

hol M a levegő molekulatömege 28,9 g/mol. 2867 kg-ot kap, ami kis tömeg a hajó tömegéhez képest 863 Tm = 863000 kg.

  • Felszínre emelkedik

Amikor a tolóerő megegyezik a tömeggel, a hajó megkezdi emelkedését. A légnyomás emelkedésével és térfogatának növekedésével a tolóerő nagyobb lesz, mint a súly. Előfordulhat, hogy a levegő térfogata nagyobb lesz, mint a hajóé, majd a hajó elveszíti a levegőt. A tolóerő maximális értéket vesz fel, és állandó marad, amíg a hajó ki nem kezd emelkedni a tenger felszínéről.

A hajó mozgásának, gyorsulásának és sebességének részletei emelkedés közben nem érdeklik ezt a magyarázatot.

  • A tenger felszínén úszó

A hajó megáll a felszínre érve, amikor a súly visszatér, hogy kiegyenlítse a tolóerőt. Abban az időben a hajó belsejében és kívül a vízszint különbsége lesz z= 3,08 m korábban talált. A légnyomás lesz

o= 130184 Pa. Ennél a nyomásnál a térfogat V levegő által elfoglalt (izoterm átalakulás) lesz

287000 862 = 130184V

Az eredmény az V= 1900 m 3. Amely megfelel a csónak 6,8 m-es légmagasságának (a hajó tövének területe 280 m 2).

A hajó elmozdulása az alsó vége és az alja közötti távolság lesz, vagyis,

26 m a hajó mélysége és 10 m a hajó magassága. Az eredmény majdnem 20 m, amint azt az ábrán láthatjuk.

Tevékenységek

  • A gördítősávra ható hajó súlya (tonnában) A hajó súlya.
  • Az a mélység, amelyig a hajó elsüllyedt, a címmel ellátott gördítősávra hatva Mélység.
  • A kompresszor által szállított levegő áramlási sebessége köbméter levegőben (légköri nyomáson) percenként mérve, a szerkesztő vezérlőben Légkompresszor.

Nyomja meg a címet Indul,

A vízi csónakot kiszorító levegőt szolgáltató kompresszor beindul. A tolóerő növekszik, mígnem egyenlővé válik a tömeggel, ekkor a hajó elkezd felfelé haladni a tenger felszíne felé.

Ha a súly vagy a mélység túl nagy, előfordulhat, hogy a hajó kiszorítja az összes vizet, de a tolóerő nem elegendő a súly megegyezéséhez, a levegő kiszökik, és a hajót lehetetlen lebegni.

A hajó emelkedésével a nyomás csökken, és a térfogat növekszik. Előfordulhat, hogy a levegő térfogata nagyobb lesz, mint a hajó térfogata, a levegő kiszökik, és a tolóerő állandóvá válik.

Javasoljuk, hogy az olvasó tapasztalja meg ezeket a helyzeteket, végezzen el néhány számítást kézzel, és hasonlítsa össze azokat az interaktív program által biztosítottakkal.