Плавучесть погруженного в жидкость тела

В первой части упоминался известный закон Архимеда: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом. Таким образом, на погруженное тело действук)т две силы: одна тянет его вниз, а другая выталкивает вверх. Первая сила есть равнодействующая всех весов отдельных частей тела, приложена в центре тяжести тела; вторая — сила поддержания — есть равнодействующая всех выталкивающих сил, действующих на отдельные части тела, приложена в центре погруженного объема тела (в центре тяжести вытесненной жидкости). При погружении тела в жидкость возможны три случая:

1. Если вес тела больше, чем вес вытесненной жидкости, т. е. если сила поддержания меньше веса тела, то тело тонет.

2. Если вес тела меньше, чем вес жидкости в объеме тела, то тело плавает, причем часть его выступает над поверхностью жидкости. Другими словами, тело погружается в жидкость до тех пор, пока вес жидкости, вытесненной частью тела, погруженной в нее, не сравняется с весом всего тела.

3. Если вес тела равен весу жидкости в объеме тела, то тело «парит» в жидкости.

Перейдем теперь'к корпусу судна. Корпус есть нечто иное, как прочный пустотелый объем, ограниченный внешними поверхностями.. Вес корпуса равняется весу его.конструкций и, конечно, меньше веса воды в объеме корпуса. Центр тяжести судна или модели — это точка, к которой приложена результирующая всех весов отдельных частей судна (корпуса, надстроек, различных грузов, двигателя, вооружения и пр.). Центр тяжести вытесненной жидкости есть точка приложения равнодействующей всех сил поддержания, действующих на судно, а так как форма вытесненного количества жидкости одинакова с формой погруженной части корпуса, то точка приложения силы поддержания совпадет с центром тяжести жидкости в объеме погруженной части корпуса.

Равновесие частично погруженного тела. Рассмотрим второй из приведенных случаев, касающийся равновесия сил и связанной с ним остойчивости тела, частично погруженного в жидкость. На рис. 544 изображено плавающее тело. Точка С — центр тяжести тела, С — точка приложения силы поддержания, так называемый центр величины. Опыт показывает, что если центр величины С находится выше центра тяжести О, то корпус находится в положении устойчивого равновесия: прн наклоне тела возникает пара сил.

которая выравнивает тело и возвращает его в прежнее положение равновесия.

Приведенное условие является достаточным, но не обязательным: плавающее тело может возвратиться в первоначальное поло-

Плавучесть погруженного в жидкость тела

Рис. 544. Равновесие частично погруженного в жидкость тела: а — кло находится в равновесии под действием силы веса и силы поддержания, или силы плавучести; Ь — на наклоненное тело действует пара сил, стремящихся вернуть его в исходное положение.

жение равновесия и если центр величины находится ниже центра тяжести тела. Отметим, что при определенной (неменяющейся) загрузке положение центра тяжести неизменно, а положение центра величины зависит от формы погруженной части тела.

Рассмотрим случай, когда плавающее тело наклонилось (рис. 545). Центр тяжести приложен в той же точке о, так как вес наклоненного тела не изменился, а центр величины переместился из точки с в точку с вследствие изменения формы погруженной части, хотя ее общий объем остался прежним. Плавающее тело вернется в первоначальное положение равновесия, если точка М— точка пересечения линии действия силы поддержания и продолжения вертикальной оси, проходящей через точку о (линии действия силы поддержания в первоначальном ио-

Плавучесть погруженного в жидкость тела

Рис. 545. Равновесие плавающего тела: О — центр тяжести тела; С — центр величины; М — метацентр; г — метацентрический радиус; ма — метацентрнческая высота; Р — сила веса; 8 — сила поддержания; а — расстояние между центром тяжести тела и центром величины; Ь — плечо восстанавливающего момента.

ложении равновесия), находится над точкой О. Эту точку М называют метацентром. Корпуса судов, у которых центр величины расположен ниже центра тяжести, а метацентр — выше центра тяжести, восстанавливают положение равновесия, будучи выведенными из него. Расстояние от метацентра до центра тяжести называют метацентрической высотой и обозначают МО, а расстояние от метацентра до центра величины — метацентрическим радиусом г. Равные силы, приложенные к точкам О и С, силы веса Р и поддержания 5, образуют пару сил, момент которых называют восстанавливающим. Он равен М = Р хЬ или М = 5 хЬ, где Ь— плечо момента (статическое плечо остойчивости).

Предыдущая глава Оглавление Следующая глава