J. Szantyr - Wykład 5 Pływanie ciał

Podobne dokumenty
Fy=Fsinα NAPÓR CIECZY NA ŚCIANY PŁASKIE

Rys. 1. Pływanie ciał - identyfikacja objętość części zanurzonej i objętości bryły parcia

Statyka płynów - zadania

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE WYDZIAŁ NAWIGACYJNY ZAKŁAD BUDOWY I STATECZNOŚCI STATKU INSTRUKCJA

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

Oddziaływania. Wszystkie oddziaływania są wzajemne jeżeli jedno ciało działa na drugie, to drugie ciało oddziałuje na pierwsze.

MECHANIKA 2. Zasady pracy i energii. Wykład Nr 12. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

MECHANIKA 2. Zasady pracy i energii. Wykład Nr 12. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Pomiar siły parcie na powierzchnie płaską

Ciśnienie definiujemy jako stosunek siły parcia działającej na jednostkę powierzchni do wielkości tej powierzchni.

Przykład 4.2. Sprawdzenie naprężeń normalnych

Podstawy fizyki wykład 4

Imię i nazwisko: ... WOJEWÓDZKI KONKURS Z FIZYKI Z ASTRONOMIĄ DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM ROK SZKOLNY 2012/2013 ETAP I SZKOLNY

Analiza Matematyczna Praca domowa

Bryła sztywna. Fizyka I (B+C) Wykład XXI: Statyka Prawa ruchu Moment bezwładności Energia ruchu obrotowego

FUNKCJA KWADRATOWA. 1. Definicje i przydatne wzory. lub trójmianem kwadratowym nazywamy funkcję postaci: f(x) = ax 2 + bx + c

Bryła sztywna. Fizyka I (B+C) Wykład XXIII: Przypomnienie: statyka

Ćwiczenie 402. Wyznaczanie siły wyporu i gęstości ciał. PROSTOPADŁOŚCIAN (wpisz nazwę ciała) WALEC (wpisz numer z wieczka)

WYDZIAŁ OCEANOTECHNIKI I OKRĘTOWNICTWA. Katedra Hydromechaniki i Hydroakustyki

Podstawy fizyki wykład 4

Dynamika Newtonowska trzy zasady dynamiki

Bąk wirujący wokół pionowej osi jest w równowadze. Momenty działających sił są równe zero (zarówno względem środka masy S jak i punktu podparcia O).

Od redakcji. Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.

Tarcie poślizgowe

MECHANIKA 2 KINEMATYKA. Wykład Nr 5 RUCH KULISTY I RUCH OGÓLNY BRYŁY. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE WYDZIAŁ NAWIGACYJNY ZAKŁAD BUDOWY I STATECZNOŚCI STATKU INSTRUKCJA. January Szafraniak; Karolina Staszewska

KONKURS FIZYCZNY dla uczniów gimnazjów województwa lubuskiego 27 stycznia 2012 r. zawody II stopnia (rejonowe) Schemat punktowania zadań

J. Szantyr - Wykład 3 Równowaga płynu

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

R o z w i ą z a n i e Przy zastosowaniu sposobu analitycznego należy wyznaczyć składowe wypadkowej P x i P y

MECHANIKA 2 Wykład Nr 9 Dynamika układu punktów materialnych

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

Mechanika teoretyczna

WYMAGANIA NA OCENĘ 12. Równania kwadratowe Uczeń demonstruje opanowanie umiejętności ogólnych rozwiązując zadania, w których:

Przykład Łuk ze ściągiem, obciążenie styczne. D A

2. Charakterystyki geometryczne przekroju

10 zadań związanych z granicą i pochodną funkcji.

Rachunek całkowy - całka oznaczona

VII.1 Pojęcia podstawowe.

, SJM PZŻ/8211,

7. WYZNACZANIE SIŁ WEWNĘTRZNYCH W BELKACH

WYZNACZANIE GĘSTOŚCI CIECZY ZA POMOCĄ WAGI HYDROSTATYCZNEJ. Wyznaczenie gęstości cieczy za pomocą wagi hydrostatycznej.

3. RÓWNOWAGA PŁASKIEGO UKŁADU SIŁ

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

Zasady dynamiki Newtona. Pęd i popęd. Siły bezwładności

STAN NAPRĘŻENIA. dr hab. inż. Tadeusz Chyży

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

Mechanika ogólna / Tadeusz Niezgodziński. - Wyd. 1, dodr. 5. Warszawa, Spis treści

Ciśnienie zewnętrzne jest przenoszone we wszystkich kierunkach jednakowo.

1) 2) 3) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16) 17) 18) 19) 20) 21) 22) 23) 24) 25)

Z1/7. ANALIZA RAM PŁASKICH ZADANIE 3

2012/13. Mechanika Płynów (studia dzienne rok II, semestr 3) Praca domowa nr 1.

Własności fizyczne kajaka. Opracowanie: Jerzy Świtek

Fizyka 1 (mechanika) AF14. Wykład 9

Odp.: F e /F g = 1 2,

XXXI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP WSTĘPNY Zadanie teoretyczne

[ ] ρ m. Wykłady z Hydrauliki - dr inż. Paweł Zawadzki, KIWIS WYKŁAD WPROWADZENIE 1.1. Definicje wstępne

WSTĘP DO TEORII PLASTYCZNOŚCI

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY

Fizyka dla Informatyków Wykład 8 Mechanika cieczy i gazów

ZADANIE 1 (5 PKT) ZADANIE 2 (5 PKT) Oblicz objętość czworościanu foremnego o krawędzi a.

Zasady dynamiki Newtona. dr inż. Romuald Kędzierski

STATYKA I DYNAMIKA PŁYNÓW (CIECZE I GAZY)

1. Za³o enia teorii kinetyczno-cz¹steczkowej budowy cia³

MECHANIKA 2. Praca, moc, energia. Wykład Nr 11. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Dynamika

"Bialska Liga Matematyczna Gimnazjalistów" II EDYCJA Harmonogram i zakres materiału

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 4 26.X Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Mechanika. Wykład nr 2 Wypadkowa dowolnego układu sił. Równowaga. Rodzaje sił i obciążeń. Wyznaczanie reakcji.

OPŁYW PROFILU. Ciała opływane. profile lotnicze łopatki. Rys. 1. Podział ciał opływanych pod względem aerodynamicznym

Wektor położenia. Zajęcia uzupełniające. Mgr Kamila Rudź, Podstawy Fizyki.

Mechanika ogólna Kierunek: budownictwo, sem. II studia zaoczne, I stopnia inżynierskie

Wymagania na poszczególne oceny szkolne z. matematyki. dla uczniów klasy IIIa i IIIb. Gimnazjum im. Jana Pawła II w Mętowie. w roku szkolnym 2015/2016

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2015/16

We wszystkich zadaniach przyjmij wartość przyspieszenia ziemskiego g = 10 2

Podstawy fizyki wykład 5

Tra r n a s n fo f rm r a m c a ja a na n p a rę r ż ę eń e pomi m ę i d ę zy y uk u ł k a ł d a am a i m i obr b ó r cony n m y i m

Dr inż. Janusz Dębiński. Wytrzymałość materiałów zbiór zadań

KOLOKWIUM w piątek 8 grudnia

KRYTERIA OCEN Z FIZYKI DLA KLASY I GIMNAZJUM

MECHANIKA PŁYNÓW Płyn

1. Kinematyka 8 godzin

9. Mimośrodowe działanie siły

Praca, moc, energia. 1. Klasyfikacja energii. W = Epoczątkowa Ekońcowa

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY z FIZYKI DLA UCZNIÓW DOTYCHCZASOWYCH GIMNAZJÓW ORAZ KLAS DOTYCHCZASOWYCH GIMNAZJÓW 2017/2018 ELIMINACJE REJONOWE

DYNAMIKA dr Mikolaj Szopa

I. Potęgi. Logarytmy. Funkcja wykładnicza.

Przykład 1 Dany jest płaski układ czterech sił leżących w płaszczyźnie Oxy. Obliczyć wektor główny i moment główny tego układu sił.

Wyznaczenie gęstości cieczy za pomocą wagi hydrostatycznej. Spis przyrządów: waga techniczna (szalkowa), komplet odważników, obciążnik, ławeczka.

Zadanie : Wyznaczyć położenie głównych centralnych osi bezwładności i obliczyć główne centralne momenty bezwładności Strona :1

Przykład 4.1. Ściag stalowy. L200x100x cm 10 cm I120. Obliczyć dopuszczalną siłę P rozciagającą ściąg stalowy o przekroju pokazanym na poniższym

TEMAT: PRZEKSZTAŁCENIA WYKRESÓW FUNKCJI PRZESUNIĘCIE O WEKTOR

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

Krzywe stożkowe Lekcja II: Okrąg i jego opis w różnych układach współrzędnych

4. Elementy liniowej Teorii Sprężystości

MECHANIKA 2. Wykład Nr 3 KINEMATYKA. Temat RUCH PŁASKI BRYŁY MATERIALNEJ. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Bryła sztywna. Fizyka I (B+C) Wykład XXII: Porównanie ruchu obrotowego z ruchem postępowym. Bak Precesja Żyroskop

WYMAGANIA EDUKACYJNE FIZYKA ROK SZKOLNY 2017/ ) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych

PLAN REALIZACJI MATERIAŁU NAUCZANIA FIZYKI W KLASIE PIERWSZEJ GIMNAZJUM WRAZ Z OKREŚLENIEM WYMAGAŃ EDUKACYJNYCH

Transkrypt:

J. Szantyr - Wykład 5 Pływanie ciał Prawo Archimedesa Na każdy element pola ds działa elementarny napór Napór całkowity P ρg S nzds Główny wektor momentu siły naporu M ρg r nzds S dp Αρχίµηδης ο Σΰρακοσιος Archimedes z Syrakuz 97 pne nρgzds Rzuty poziome naporu na osie Ox i Oy są równe zeru. Całkowity napór sprowadza się do siły pionowej działającej na dwie części powierzchni o wspólnym konturze: dolną BAD i górną BCD.

Napór na dolną powierzchnię P ρg zds ρg z S Napór na górną powierzchnię P ρg zds z S ρg Napór wypadkowy P P P g( ) g z ρ z z ρ Ostatecznie wypór hydrostatyczny W Pz ρg Siła wyporu hydrostatycznego działająca na ciało zanurzone w płynie jest równa ciężarowi płynu wypartego przez to ciało. Linia działania siły wyporu przechodzi przez środek masy płynu wypartego przez ciało, zwany środkiem wyporu.

Wyznaczenie linii działania siły wyporu. Składowe głównego momentu siły wyporu M x ρg ( ) ( yz) z z ydsz zds y ρg d ρg d ρg yd ρgyc z y S y C P z M gdzie y ρg y C ( zds xds ) yd współrzędna yśrodka objętości z z z ( xz ) z x z ρg d ρg d ρg xd S z ρgx gdzie: C x C x C P z xd współrzędna xśrodka objętości Linia działania siły wyporu hydrostatycznego jest skierowana pionowo i przechodzi przez punkt o współrzędnych x, C yc

Przykład : Stożek o wysokości h wykonany z materiału o ciężarze właściwym γ pływa w cieczy wierzchołkiem w dół. Obliczyć zanurzenie stożka jeżeli ciężar właściwy cieczy wynosi γ.

Rozwiązanie Jeżeli oznaczymy pole podstawy stożka, a pole wodnicy pływania A z, to siła ciężkości wynosi: G Ah hγ 3 a siła wyporu: W Az zγ 3 Ah γ Z warunku równowagi wynika: G W γ Ahh γaz z z h A γ Ponieważ: A A h z h z to ostatecznie: A h z h 3 γ γ z

Stateczność ciał pływających Stateczność ciała całkowicie zanurzonego Równowaga trwała środek wyporu znajduje się powyżej środka ciężkości rysunek a) i b). Przy wychyleniu z położenia równowagi powstaje moment pary sił przywracający poprzednie położenie.

Równowaga nietrwała (chwiejna) środek wyporu znajduje się poniżej środka ciężkości rysunki c) i d). Przy wychyleniu z położenia równowagi powstaje moment pary sił powiększający wychylenie. Równowaga obojętna rysunek e) w dowolnym położeniu ciała siły wyporu i ciężkości równoważą się nie dając momentu wpływającego na położenie ciała Wniosek: w przypadku ciała całkowicie zanurzonego dla zapewnienia równowagi trwałej konieczne jest umieszczenie środka wyporu powyżej środka ciężkości.

Stateczność ciała częściowo zanurzonego Założenie: kąt przechyłu jest mały W przypadku ciała częściowo zanurzonego przy przechyle środek wyporu zmienia swoje położenie. Analiza stateczności polega na określeniu położenia środka wyporu po przechyleniu ciała o kąt φ Moment przechylający: M 0 Ga sinϕ G ρg - ciężar ciała M 0 ρga sinϕ

Moment prostujący (przywracający) dm ydw dw ρgyds sinϕ dm ρgy ds sinϕ M ρg sinϕ S y ds M M + M ρg sinϕ y ds ρgi po prawej stronie przechylonego obiektu M ρg sinϕ x S sinϕ Definiuje się wysokość metacentryczną m (patrz rysunek): M M 0 ρgi x sinϕ ρga m I x a I x sinϕ S S + S S y ds - moment bezwładności wodnicy - pole wodnicy objętość części zanurzonej

Możliwe są trzy przypadki: Wysokość metacentryczna jest dodatnia równowaga trwała - przy wychyleniu z położenia równowagi powstaje przywracający moment pary sił. Wysokość metacentryczna jest równa zeru równowaga obojętna Wysokość metacentryczna jest ujemna równowaga nietrwała (chwiejna) przy wychyleniu z położenia równowagi powstaje moment pary sił pogłębiający wychylenie. Wniosek: ciało częściowo zanurzone może znajdować się w równowadze trwałej nawet jeśli środek ciężkości znajduje się powyżej środka wyporu. Środek ciężkości może znajdować się tym wyżej im większy jest moment bezwładności wodnicy (czyli im szersze jest ciało).

Przykład Walec kołowy o promieniu podstawy R i wysokości HR pływa w położeniu pionowym (rysunek a). Środek ciężkości walca pokrywa się z jego srodkiem geometrycznym. Dla jakiej głębokości zanurzenia h równowaga walca będzie trwała?

Przekrój pływania (wodnica) walca jest kołem, którego moment bezwładności wynosi: 4 πr I x 4 Objętość wypartej przez walec cieczy wynosi: πr h Odległość pomiędzy środkiem ciężkości walca a środkiem wyporu wynosi: a H h R h

Podstawienie powyższych zależności do wzoru na wysokość metacentryczną prowadzi do: I x R m a R + 4h Co można przekształcić do postaci: 4mh R 4Rh + h Wykresem tej funkcji jest parabola (rysunek b), której miejsca zerowe można wyznaczyć przyrównując prawą stronę do zera. h 4Rh + R Powyższe równanie kwadratowe ma dwa pierwiastki: + h R 0, 9R h R, 7R 0 h

Z wykresu na rysunku b wynika, że równowaga trwała walca występuje przy płytkim zanurzeniu spełniającym warunek: h < 0, 9R oraz przy zanurzeniu głębokim: h >, 7R Dla pośrednich zanurzeń walca równowaga jego jest nietrwała (chwiejna).