Закон Архимеда. Основное условие плавания тел.

На погруженное в жидкость тело действует вертикально направленная вверх сила, равная силе тяжести, вытесненной погруженным объёмом тела:

На законе Архимеда основана теория плавания тел, основным вопросом которой является плавучесть тел.

Плавучесть – это способность тел плавать при заданном погружении имея определённый вес и нагрузку.

Всякое тело, погруженное в жидкость находится под действием 2х сил: P – восстанавливающая сила; G – вес тела.

По соответствию P и G возможно 3 варианта плавания тела:

1. G=P – безразличное состояние, Условие плавания тела

2. G>P – тело тонет

3. G<P – тело всплывает

Величина погружения наинизшей точки тела носит название осадка.

Ватерлиния – линия пересечения жидкости и тела.

Погруженное в жидкость тело под действием различных сил способно наклоняться. Способность восстанавливать начальное положение после любого наклона называется остойчивостью (на рисунке показано остойчивое тело и неостойчивое).

 

Виды движения жидкости (установившееся и неустановившееся, равномерное и неравномерное, напорное и безнапорное, плавно изменяющееся)

В зависимости от изменения давления и скорости в различные промежутки времени движения может быть неустановившемся и установившемся.

Неустановившееся движение -это движение при котором в каждой данной точки скорость течения и гидродинамическое давление постоянно изменяется.

Установившееся движение -это движение, при котором скорость точки и гидродинамическое давление в любой точке не изменяется с течением времени.

Установившееся движение в свою очередь можно разделить на

Равномерное движение - когда все элементы потока постоянны и не меняются по длине

Неравномерное движение - когда все элементы потока (скорость, давление, глубина) меняются по длине потока.

Напорное движение - движение под действием начальных сил давления превышающего атмосферное.

Безнапорное движение - жидкости только под действием силы тяжести.

Основные элементы потока

Поток – это совокупность элементарных струек, проходящих через площадку конечных размеров.

Если в движущейся жидкости выделить в плоскости, перпендикулярной течению, элементарную бесконечно малую площадку dω и через все точки находящиеся на её контуре провести линии тока для данного момента времени, то получившаяся поверхность называется трубкой тока, а находящаяся в ней жидкость образует элементарную струйку.

Свойства элементарной струйки:

1) Скорость течения во всех точках поперечного сечения одинакова.

2) Форма элементарной струйки для установившегося движения неизменна в времени, т.к. линии тока не меняют своей формы.

3) Обмен частицами жидкости между отдельными струйками невозможен, т.к. контур ограничен линиями тока, а скорость направлена по касательной к ним.

Поток бывает:

1) Безнапорный поток – ограничен твёрдыми стенками, давление атмосферное, движение происходит под действием силы тяжести.

2) Напорный поток – давление выше атмосферного и жёсткие стенки

3) Струя – движение под действием силы инерции при начальной скорости, созданной либо силой тяжести либо давлением.

Потоки характеризуются определёнными величинами:

1) Живое сечение – поверхность, проведённая нормально к линиям тока

2) Смоченный периметр – длина части периметра живого сечения потока, на которой жидкость соприкасается с твёрдыми стенками

3) Гидравлический радиус – отношение площади живого сечения потока ω к смоченному периметру χ