Wikipedia's Buoyancy as translated by GramTrans
#000000
En scienco, flosemo ( / ˈ b ɔɪ .
aŭ suprenpuŝo, estas suprendirektita forto penita per likvaĵo kiu kontraŭbatalas la pezon de mergita objekto.
En kolono de likvaĵo, premokreskoj kun profundo kiel rezulto de la pezo de la supra likvaĵo.
Tiel la premo ĉe la fundo de kolono de likvaĵo estas pli bonega ol ĉe la pinto de la kolono.
Simile, la premo ĉe la fundo de objekto subakviĝis en likvaĵo estas pli bonega ol ĉe la pinto de la objekto.
Tiuj premdiferencrezultoj en reto supren forto sur la objekto.
La signifo de tiu forto penis estas proporcia al tiu premdiferenco, kaj (kiel klarigite per la principo de Arkimedo) estas ekvivalenta al la pezo de la likvaĵo kiu alie okupus la volumenon de la objekto, t.e. la forlokitan likvaĵon.
#000001
Tial, objekto kies denseco estas pli bonega ol tiu de la likvaĵo en kiu ĝi estas submara tendencas sinki.
Se la objekto estas aŭ malpli densa ol la likvaĵo aŭ estas formita konvene (kiel en boato), la forto povas konservi la objekton flosante.
Tio povas okazi nur en ne-inercireferenca kadro, kiu aŭ havas gravitkampon aŭ akcelas pro forto krom gravito difinanta "malsupreniĝan" direkton.
En situacio de fluida statiko, la neta suprendirektita flosemforto estas egala al la signifo de la pezo de likvaĵo delokigita fare de la korpo.
#000002
La centro de flosemo de objekto estas la centroido de la forlokita volumeno el likvaĵo.
#000003
La principo de Arkimedo estas nomita laŭ Arkimedo de Sirakuzo, kiu unue malkovris tiun leĝon en 212 a.K. [4] Por objektoj, flosante kaj alfundiĝinta, kaj en gasoj same kiel likvaĵoj (t.e. likvaĵo), la principo de Arkimedo povas esti deklarita tiel laŭ fortoj:
#000005
Ĉiu objekto, tute aŭ parte mergita en likvaĵo, estas fortigita supren fare de forto egala al la pezo de la likvaĵo delokigita per la objekto
#000006
- kun la klarigoj kiuj por alfundiĝinta objekto la volumeno el forlokita likvaĵo estas la volumeno de la objekto, kaj por ŝveba objekto sur likvaĵo, la pezo de la forlokita likvaĵo estas la pezo de la objekto.
#000007
Flosemo = pezo de forlokita fluid.
#000008
La principo de Arkimedo ne pripensas la surfacan tension (kapilareco) reagantan al la korpo, [5] sed tiu kroma forto modifas nur la kvanton de likvaĵo forlokita, tiel ke la principo tiu Flosemo = pezo de forlokita likvaĵo restas validaj.
#000009
La pezo de la forlokita likvaĵo estas rekte proporcia al la volumeno el la forlokita likvaĵo (se la ĉirkaŭa likvaĵo estas de unuforma denseco).
En simplaj esprimoj, la principo deklaras ke la flosemforto sur objekto estas egala al la pezo de la likvaĵo delokigita per la objekto, aŭ la denseco de la likvaĵo multobligita per la submara volumeno tempigas la gravitan akceladon, g Tiel, inter tute submaraj objektoj kun egalaj masoj, objektoj kun pli granda volumeno havas pli grandan flosemon.
Tio ankaŭ estas konata kiel suprenpuŝo.
#000010
Supozi la pezo de roko estas mezurita kiel 10 njutonoj kiam pendigite per kordo en vakuo kun gravito aganta sur ĝi.
Supozu ke kiam la roko estas mallevita en akvon, ĝi delokigas akvon de pezo 3 njutonoj.
La forto kiun ĝi tiam penas sur la kordo de kiu ĝi pendas estus 10 njutonoj minus la 3 njutonoj da flosemforto: 10 − 3 = 7 njutonoj.
Flosemo reduktas la ŝajnan pezon de objektoj kiuj sinkis tute al la marfundo.
Estas ĝenerale pli facile levi objekton supren tra la akvo ol ĝi devas tiri ĝin for el la akvo.
#000011
Supozante la principon de Arkimedo por esti revortumita kiel sekvas,
#000012
tiam enigite en la kvocienton de pezoj, kiu estis vastigita per la reciproka volumeno
#000013
La denseco de la mergita objekto relative al la denseco de la likvaĵo povas facile esti kalkulita sen mezurado de iujn ajn volumoj.
#000014
(Tiu formulo estas uzita ekzemple en priskribado de la mezuranta principo de dazimetro kaj de hidrostatika pesado.
#000015
Ekzemplo: Se vi faligas lignon en akvon, flosemo konservos ĝin flosante.
#000016
Ekzemplo: heliumbalono en kortuŝa aŭto.
Dum periodo de kreskanta rapideco, la aeramaso ene de la aŭtomovoj en la direkto kontraŭa al la akcelado de la aŭto (t.e., direkte al la malantaŭo).
La balono ankaŭ estas tirita tiun manieron.
Tamen, ĉar la balono estas flosema relative al la aero, ĝi finas esti puŝita "ekster la ĝenodistanco", kaj fakte drivos en la sama direkto kiel la akcelado de la aŭto (t.e., antaŭen).
Se la aŭto bremsas malsupren, la sama balono komencos drivi returnite.
Pro la sama kialo, ĉar la aŭto iras je kurbo, la balono drivos direkte al la interno de la kurbo.
#000017
kie f estas la fortdenseco penita per iu ekstera kampo sur la likvaĵo, kaj σ estas la Cauchy-strestensoro.
En tiu kazo la strestensoro estas proporcia al la identectensoro:
#000019
Ĉi tie δij estas la delto de Kronecker.
Uzi tion al ĉi-supra ekvacio konvenas:
#000020
Supozante la ekstera fortokampo estas konservativa, tio estas ĝi povas esti skribita kiel la negativa gradiento de iu Skalaro aprezitan funkcion:
#000021
Tial, la formo de la malferma surfaco da likvaĵo korespondas al la ekviebla aviadilo de la aplikata ekstera konservativa fortokampo.
Lasis la z-aksoo punkton malsupren.
En tiu kazo la kampo estas gravito, do φ = − ρfgz kie g estas la gravita akcelado, ρf estas la masdenseco de la likvaĵo.
Prenante la premon kiel nul ĉe la surfaco, kie z estas nul, la konstanto estos nul, tiel la premo ene de la likvaĵo, kiam ĝi estas kondiĉigitaj de gravito, estas
#000022
Tiel premokreskoj kun profundo sub la surfaco de likvaĵo, ĉar z indikas la distancon de la surfaco de la likvaĵo en ĝi.
Ĉiu objekto kun ne-nula vertikala profundo havos malsamajn premojn sur sia pinto kaj fundo, kun la premo sur la fundo estanta pli bonega.
Tiu diferenco en premo kaŭzas al la suprendirektita flosemo fortojn.
#000023
La flosemforto penita sur korpo nun povas esti kalkulita facile, ĉar la interna premo de la likvaĵo estas konata.
La forto penita sur la korpo povas esti kalkulita integrante la strestensoron super la surfaco de la korpo kiu estas en kontakto kun la likvaĵo:
#000024
La surfaca integralo povas esti transformita en volumenan integralon kun la helpo de la Gauss-teoremo:
#000025
kie V estas la iniciato de la volumeno en kontakto kun la likvaĵo, kiu estas la volumeno de la submara korpoparto.
Ĉar la likvaĵo ne penas forton sur la parto de la korpo kiu estas ekstere de ĝi.
#000026
La signifo de flosemforto povas esti aprezita iomete pli de la sekva argumento.
Pripensu ajnan objekton de arbitra formo kaj volumon V ĉirkaŭiten de likvaĵo.
La forto kiun la likvaĵo penas sur objekto ene de la likvaĵo estas egala al la pezo de la likvaĵo kun volumeno egala al tiu de la objekto.
Tiu forto estas uzita en direkto kontraŭa al gravita forto, kiu estas de magnitudo:
#000027
kie ρf estas la denseco de la likvaĵo, Vdisp estas la volumeno de la forlokita korpo de likvaĵo, kaj g estas la gravita akcelado ĉe la loko koncernita.
#000028
Se tiu volumeno da likvaĵo estas anstataŭigita per solida korpo de precize la sama formo, la forto kiun la likvaĵo penas sur ĝi devas esti precize la sama kiel supra.
En aliaj vortoj, la "flosemforto" sur submara korpo estas direktita en la kontraŭa direkto al gravito kaj estas egala en magnitudo al
#000029
La reta forto sur la objekto devas esti nul se ĝi devas esti situacio de fluida statiko tia ke Arkimeda principo estas uzebla, kaj estas tiel la sumo de la flosemforto kaj la pezo de la objekto
#000030
Se la flosemo de (senbrida kaj nefunkciigita) objekto superas it pezon, ĝi tendencas pliiĝi.
Objekto kies pezo superas sian flosemon tendencas sinki.
Kalkulo de la suprena forto sur submara objekto dum sia akcela periodo ne povas esti farita per la Arkimeda principo sole;
estas necese pripensi dinamikon de objekto implikanta flosemon.
Post kiam ĝi plene sinkas al la planko de la likvaĵo aŭ pliiĝas al la surfaco kaj ekloĝas, Arkimeda principo povas esti uzita sole.
Por ŝveba objekto, nur la submara volumeno delokigas akvon.
Por alfundiĝinta objekto, la tuta volumeno delokigas akvon, kaj ekzistos kroma forto da reago de la solida planko.
#000031
En ordo por la principo de Arkimedo por esti uzita sole, la objekto koncerne devas esti en ekvilibro (la sumo de la fortoj sur la objekto devas esti nul), tial;
#000032
montrado ke la profundo al kiu ŝveba objekto sinkos, kaj la volumeno el likvaĵo kiujn ĝi delokigos, estas sendependa de la gravitkampo nekonsiderante geografia loko.
#000033
Note: If the fluid in question is seawater, it will not have the same density (ρ ) at every location. Tial, a ship may display a ŝarglinio.
#000034
Povas esti la kazo kiu fortoj krom ĵus flosemo kaj gravito venas en ludon.
Tio estas la kazo se la objekto estas modera aŭ se la objekto sinkas al la solida planko.
Objekto kiu tendencas flosi devigas streĉitecan moderecforton T resti plene submara.
Objekto kiu tendencas sinki poste havos normalan forton de limo N penita sur ĝi per la solida planko.
La limforto povas esti streĉiteco en printempa skalo je ĝian pezon en la likvaĵo, kaj estas kiom ŝajna pezo estas difinita.
#000035
Se la objekto alie flosigus, la streĉitecon reteni ĝi plene subakviĝis estas:
#000036
De kiam sinkanta objekto decidas por la solida planko, ĝi travivas normalan forton:
#000037
Alia ebla formulo por kalkulado de flosemo de objekto estas per trovado de la ŝajna pezo de tiu speciala objekto en la aero (kalkulita en Njutonoj), kaj ŝajna pezo de tiu objekto en la akvo (en Njutonoj).
Por trovi la forton de flosemo reagi al la objekto kiam en aero, utiligante tiujn specialajn informojn, tiu formulo validas:
#000038
Flosemforto = pezo de objekto en malplena spac− pezo de objekto mergita en likvaĵo
#000039
La finrezulto estus mezurita en Njutonoj.
#000040
La denseco de aero estas tre malgranda komparite kun la plej multaj solidoj kaj likvaĵoj.
Tial, la pezo de objekto en aero estas ĉirkaŭ la sama kiel sia vera pezo en vakuo.
La flosemo de aero estas nglektita por la plej multaj objektoj dum mezurado en aero ĉar la eraro estas kutime sensignifa (tipe malpli ol 0.1% krom objektoj de tre malalta averaĝa denseco kiel ekzemple balono aŭ malpeza ŝaŭmo).
#000041
Simpligita klarigo por la integriĝo de la premo super la kontaktareo povas esti deklarita jene:
#000042
Konsideru kubon mergita en likvaĵo kun la supra surfaco horizontala.
#000043
La flankoj estas identaj en areo, kaj havas la saman profunddistribuon, tial ili ankaŭ havas la saman premdistribuon, kaj sekve la saman totalan forton rezultiĝantan el hidrostatika premo, penis perpendikulara al la aviadilo de la surfaco de ĉiu flanko.
#000044
Ekzistas du paroj de kontraŭpartioj, tial la rezultaj horizontalaj fortoj balanciĝas en kaj ortogonalaj indikoj, kaj la rezulta forto estas nul.
#000045
La suprendirektita forto sur la kubo estas la premo sur la fundsurfaco integrita super ĝia areo.
La surfaco estas ĉe konstanta profundo, tiel ke la premo estas konstanta.
Tial, la integralo da la premo super la areo de la horizontala fundsurfaco de la kubo estas la hidrostatika premo ĉe tiu profundo multobligita per la areo de la fundsurfaco.
#000046
Simile, la malsupreniĝa forto sur la kubo estas la premo sur la pintsurfaco integrita super ĝia areo.
La surfaco estas ĉe konstanta profundo, tiel ke la premo estas konstanta.
Tial, la integralo da la premo super la areo de la horizontala supra surfaco de la kubo estas la hidrostatika premo ĉe tiu profundo multobligita per la areo de la supra surfaco.
#000047
Ĉar tio estas kubo, la pinto- kaj fundsurfacoj estas identaj laŭ formo kaj areo, kaj la premdiferenco inter la pinto kaj fundo de la kubo estas rekte proporcia al la profunddiferenco, kaj la rezulta fortdiferenco estas sama egala al la pezo de la likvaĵo kiu okupus la volumenon de la kubo en sia foresto.
#000048
Tio signifas ke la rezulta suprendirektita forto sur la kubo estas egala al la pezo de la likvaĵo kiu konvenus en la volumenon de la kubo, kaj la malsupreniĝa forto sur la kubo estas ĝia pezo, en la foresto de eksteraj fortoj.
#000049
Tiu analogeco estas valida por varioj en la grandeco de la kubo.
#000050
Se du kuboj estas metitaj kune kun unu la alian kun vizaĝo de ĉiu en kontakton, la premoj kaj rezultaj fortoj sur la flankoj aŭ partoj de tio en kontakton estas ekvilibraj kaj povas esti ignoritaj, ĉar la kontaktofacoj estas egalaj laŭ formo, grandeco kaj premdistribuo, tial la flosemo de du kuboj en kontakto estas la sumo de la flosemoj de ĉiu kubo.
Tiu analogeco povas esti etendita al arbitra nombro da kuboj.
#000051
Objekto de iu formo povas esti aproksimita kiel grupo de kuboj en kontakto kun unu la alian, kaj kiel la grandeco de la kubo estas malpliigita, la precizeco de la aproksimadpliiĝoj.
La limiga kazo por senlime malgrandaj kuboj estas la preciza ekvivalenteco.
#000052
Angulaj surfacoj ne nuligas la analogecon kiam la rezulta forto povas esti dividita en ortogonalajn komponentojn kaj ĉiu traktis enen laŭ la saman manieron.
#000053
Ŝveba objekto estas stabila se ĝi tendencas reestigi sin al ekvilibropozicio post malgranda delokiĝo.
Ekzemple, flosigi objektojn ĝenerale havas vertikalan stabilecon, kvazaŭ la objekto estas puŝita malsupren iomete, tio kreos pli grandan flosemforton, kiu, malbalancita fare de la pezforto, puŝos la objekton malantaŭeniras supren.
#000054
Rotacia stabileco gravegas al flosigado de ŝipoj.
Surbaze de malgranda anguldelokiĝo, la ŝipo povas reveni al it origina pozicio (stabila), moviĝi foren de it origina pozicio (malstabila), aŭ resti kie ĝi estas (idlo).
#000055
Rotacia stabileco dependas de la relativaj agadmanieroj de fortoj de objekto.
La suprendirektita flosemforto sur objekto agas tra la centro de flosemo, estante la centroido de la forlokita volumeno el likvaĵo.
La pezforto sur la objekto agas tra ĝia centro de gravito.
Flosema objekto estos stabila se la centro de gravito estas sub la centro de flosemo ĉar ĉiu anguldelokiĝo tiam produktos' korektan momento.
#000056
La stabileco de flosema objekto ĉe la surfaco estas pli kompleksa, kaj ĝi povas resti stabila eĉ se la pezocentro estas super la centro de flosemo, kondiĉe ke se ĝenite de la ekvilibropozicio, la centro de flosemo moviĝas plu al la sama flanko kiun la pezocentro movas, tiel disponigante pozitivan korektan momenton.
Se tio okazas, la ŝveba objekto laŭdire havas pozitivan metacentric-altecon.
Tiu situacio estas tipe valida por intervalo de kalkanperspektivoj, preter kiu la centro de flosemo ne movas sufiĉen por disponigi pozitivan korektan momenton, kaj la objekto iĝas malstabila.
Estas eble ŝanĝi de pozitiva ĝis negativo aŭ inverse pli ol foje dum kalkanuma tumulto, kaj multaj formoj estas stabilaj en pli ol unu pozicio.
#000057
Kiel ŝveba objekto pliiĝas aŭ falas, la fortoj eksteraj al ĝi ŝanĝo kaj, ĉar ĉiuj objektoj estas kunpremeblaj iagrade aŭ alia, do faras la volumenon de la objekto.
Flosemo dependas de volumeno kaj tiel la flosemo de objekto reduktas se ĝi estas kunpremita kaj pliiĝas se ĝi disetendiĝas.
#000059
Se objekto ĉe ekvilibro havas kunpremeblon malpli ol tiu de la ĉirkaŭa likvaĵo, la ekvilibro de la objekto estas stabila kaj ĝi restas ĉe ripozo.
Se, aliflanke, ĝia kunpremeblo estas pli bonega, ĝia ekvilibro tiam estas malstabila, kaj ĝi pliiĝas kaj aldonas al la plej burĝonanta suprendirektita perturbo, aŭ falas kaj kunpremas sur la plej burĝonanta malsupreniĝa perturbo.
#000060
Submarŝipoj pliiĝas kaj plonĝas plenigante grandajn balast benzinujojn kun marakvo.
Por plonĝi, la tankoj estas malfermitaj por permesi al aero elĉerpi eksteren la pinton de la tankoj, dum la akvo elfluas enen de la fundo.
Post kiam la pezo estis balancita tiel la totala denseco de la submarŝipo estas egala al la akvo ĉirkaŭ ĝi, ĝi havas neŭtralan flosemon kaj restos ĉe tiu profundo.
La plej multaj armeaj submarŝipoj funkciigas kun iomete negativa flosemo kaj konservas profundon uzante la "lifton" de la stabiligiloj kun antaŭa moviĝo.
#000061
[ citaĵo bezonis ] Balonoj
#000062
La alteco al kiu balono pliiĝas tendencas esti stabila.
Ĉar balono pliiĝas ĝi tendencas pliiĝi en volumeno kun reduktado de atmosfera premo, sed la balono mem ne disetendiĝas tiel multon kiel la aero sur kiun ĝi rajdas.
La averaĝa denseco de la balono malpliiĝas malpli ol tiu de la ĉirkaŭa aero.
La pezo de la forlokita aero estas reduktita.
Altiĝanta balono ĉesas pliiĝi kiam ĝi kaj la forlokita aero estas egalaj en pezo.
Simile, sinkigbalono tendencas ĉesigi sinkigon.
#000063
Subakvaj plonĝistoj estas ofta ekzemplo de la problemo de malstabila flosemo pro kunpremeblo.
La plonĝisto tipe portas malkovroproceson kiu dependas de gaso plenigis spacojn por izolajzo, kaj ankaŭ povas eluzi flosveston, kio estas varia volumenoflosemsako kiu estas pumpita por pliigi flosemon kaj malŝveligis por malpliigi flosemon.
La dezirata kondiĉo estas kutime neŭtrala flosemo kiam la plonĝisto naĝas en mez-akva, kaj tiu kondiĉo estas malstabila, tiel ke la plonĝisto konstante faras bonajn alĝustigojn per kontrolo de pulmvolumeno, kaj devas adapti la enhavon de la flosvesto se la profundo varias.
#000064
Se la pezo de objekto estas malpli ol la pezo de la forlokita likvaĵo kiam plene enakvigite, tiam la objekto havas averaĝan densecon kiu estas malpli ol la likvaĵo kaj kie plene enakvigite travivos flosemforton pli grandan ol sia propra pezo.
Se la likvaĵo havas surfacon, kiel ekzemple akvo en lago aŭ la maro, la objekto flosos kaj ekloĝos sur nivelo kie ĝi delokigas la saman pezon de likvaĵo kiel la pezo de la objekto.
Se la objekto estas mergita en la likvaĵo, kiel ekzemple submara submarŝipo aŭ aero en balono, ĝi tendencos pliiĝi.
Se la objekto havas precize la saman densecon kiel la likvaĵo, tiam ĝia flosemo korespondas al sia pezo.
Ĝi restos submara en la likvaĵo, sed ĝi nek sinkos nek flosos, kvankam tumulto en ambaŭ indikoj igos ĝin drivi for de sia pozicio.
Objekto kun pli alta averaĝa denseco ol la likvaĵo neniam travivos pli da flosemo ol pezo kaj ĝi sinkos.
Ŝipo flosos eĉ se ĝi povas esti farita el ŝtalo (kiu estas multe pli densa ol akvo), ĉar ĝi enfermas aerkvanton (kiu estas multe malpli densa ol akvo), kaj la rezulta formo havas averaĝan densecon malpli ol tiu de la akvo.
#000065
^ a b Roach, Peter (2011), Cambridge English Pronouncing Dictionary (18th ed.), Cambridge: Cambridge University Press, ISBN 9780521152532
Note: In the absence of surfaca tensio, the mass of fluid displaced is equal to the submerged volume multiplied by the fluid density.
High repulsive surfaca tensio will cause the body to float higher than expected, though the same totalvolumeno will be displaced, but at a greater distance from the object.
Where there is doubt about the meaning of " volume of fluid displaced " , this should be interpreted as the overflow from a full container when the object is floated in it, or as the volume of the object below the average level of the fluid.
^ "Floater clustering in a standing wave: Capillarity effects drive hydrophilic or hydrophobic particles to congregate at specific points on a wave" (PDF). 23 June 2005.
#000066