چرا کپسول غواصی به سطح آب نمی آید؟

مدیران انجمن: parse, javad123javad

نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2469

سپاس: 4615

جنسیت:

تماس:

Re: چرا کپسول غواصی به سطح آب نمی آید؟

پست توسط rohamavation »

این خیلی ساده هست تانک های فولادی شناور نیستند آنها همیشه شناور منفی هستند. مخازن غواصی اسکوبا آلومینیومی زمانی که پر هستند غرق می شوند اما به دلیل از دست دادن وزن هوای فشرده می توانند در هنگام خالی شناور شوند.این فشار مطلق نیست که یک جسم شناور را به سمت سطح هل میده: فشار در یک سیال در همه جهات نیرو وارد می کنه. به پایین یک شی غوطه ور فشار وارد می کنه (یعنی به بالا)، بالای جسم را به داخل (یعنی پایین) فشار میده و طرفین را به داخل فشار می دهد.
شناوری به دلیل اختلاف فشار بین بالا و پایین جسم اتفاق می‌افته آب نیروی بیشتری به پایین جسم غوطه‌ور شده وارد می‌کنه زیرا پایین جسم در عمق بیشتری از قسمت بالایی قرار داره. این تفاوت تغییر نمی کنه (یعنی نیروی شناور خالص تغییر نمی کنه) با غرق شدن یا بالا رفتن کل جسم، مگر اینکه؛
الف) چگالی آب تغییر می کند یا
ب) خود جسم فشرده یا منبسط شده و در نتیجه اختلاف عمق بین بالا و پایین آن تغییر می کنه.
آب بسیار سفت است: چگالی آن با عمق بسیار کم تغییر می کند. آنقدر سفت است که در اکثر مسائل مهندسی سیال اونو تراکم ناپذیر میزاریم . چرا تراکم‌ناپذیری آب به این معنی است که تقریباً همه اجسام یا به سطح شناور میشن یا تا انتها فرو میرن.هوا در مخزن به حدود 3000psi فشرده میشه بنابراین متراکمه. هنگامی که در اب رها میشه به فشار محیطی آب در آن عمق منبسط میشه (حدود 45psi در 60 فوت، یا 15psi در سطح اگر واقعاً می خواهید به جای شناور بودن خنثی شناور شوید).وقتی جسمی را در یک سیال غوطه ور می کنید، اساساً دو نیرو بر آن جسم وارد می شود. اول، شما جاذبه دارید. نیروی گرانش البته وزن جسم است.
نیروی دیگر به اصطلاح نیروی شناور بویانسی است. نیروی بویانسی بر روی یک جسم، نیرویی به سمت بالا با بزرگی برابر با وزن آب جابجا شده توسط جسمه .
بنابراین، ما یک مخزن با وزن بیشتر نیوتن و نیروی بویانسی کمتر داریم یعنی غرق می شود نه شناور! در این تحلیل ما این واقعیت را نادیده گرفتیم که مخزن حاوی هوای فشرده است. با این حال، اضافه کردن هوا باعث می شود تا مخزن Scuba اسکوباسریعتر فرو رود زیرا اضافه کردن هوا به مخزن وزن مخزن را افزایش می دهد، اما نیروی شناوری را تغییر نمی دهد زیرا حجم آن ثابت می ماند.
البته تغییر حجم مخزن یا مواد باعث تغییر اعداد در اینجا می شود. توجه داشته باشید که وزن و نیروهای شناوری در این محاسبه در واقع بسیار نزدیک هستند. کمی حجم بیشتر مخزن باعث شناور شدن آن می شود. یک ماده سنگین تر مانند فولاد وزن زیادی اضافه می کند و باعث فرو رفتن آن می شود.
تصور کنید در اعماق آب هستید و ستونی از آب را در نظر می گیرید که از جایی که هستید شروع می شود و تا سطح اقیانوس می رسد. آن ستون آب وزن زیادی دارد و البته جاذبه آن ستون آب را به سمت پایین می کشد. اما، شما می دانید که ستون آب حرکت نمی کند، بنابراین چیزی باید آن را بالا ببرد. . بنابراین باید اینطور باشه که آب درست در پایین ستون خیالی شما، نیرویی معادل وزن آن ستون به سمت بالا اعمال کنه. حال، وزن ستون است
$W = mass x g = (A x H x density) x g$
که در آن A سطح مقطع ستون، H ارتفاع آن، و "دانسیته" چگالی آب است. اگر بگوییم که نیروی رو به بالا آب زیر ستون یک فشار P بر سطح مقطع ستون است، به دست می آید.
$P x A = W = (A x H x density) x g$
بنابراین لغو سطح منطقه
$P = H x density x g.$
این می گوید که فشار در یک بدنه آب به صورت خطی با عمق H افزایش میابه. حال فرض کنید یک جسم را در آب فرو می برید به طوری که بالای جسم در عمق H و پایین جسم در عمق H+d قرار دارد. . جسم دارای سطح مقطع A است. نیروی وارد بر بالای جسم است
$Ftop = -A x H x density x g (minus sign because the force pushes downward)$
و نیروی موجود در پایین است
$Fbottom = A x (H + d) x density x g$
بنابراین، نیروی خالص است
$Fnet = Fbottom + Ftop = A x d x density x g = V x density x g = m x g$
که در آن V حجم جسم و m جرم آب جابجا شده توسط جسم است. این می گوید که کل نیروی وارد بر جسم جرم آب جابجا شده ضربدر g است که دقیقاً وزن آب جابجا شده است. این اصل ارشمیدس است.
تصویر

ارسال پست