استاتیک سیالات بخش دوم

استاتیک سیالات
استاتیک سیالات بخش اول
جولای 29, 2020
خشک کن آجر
تنظیم شرایط خشک‌کن‌های منفرد کارخانه‌های تولید آجر ماشینی
جولای 30, 2020
استاتیک سیالات

استاتیک سیالات

۲ – ۶ استاتیک سیالات  شناوری 

چنانچه جسمی درون مایع غوطه‌ور و یا شناور شود، به‌طوری‌که قسمتی و یا کل جسم درون مایع قرار گیرد، از طرف مایع‌بر جسم نیرویی بالابرنده اثر می‌کند که به آن نیروی شناوری گفته می‌شود. برای مثال، چنانچه صفحه‌ای با سطح مقطع و با ضخامت به طور افقی درون مایعی با چگالی قرار گیرد، بر سطح بالایی صفحه نیرویی معادل وارد می‌شود. به طور مشابه بر سطح پایینی صفحه نیز نیرویی معادل وارد می‌شود. باتوجه‌به اینکه جهت نیروهای وارد بر بالا و پایین صفحه مخالف همدیگر است، بنابراین نیروی برایند که همان نیروی شناوری است، حجم جسم موردنظر است. مقدار صفحه‌ای با سطح در رابطه برابر با وزن مایعی است که حجم آن با حجم جسم برابر است؛ بنابراین، نیروی شناوری وارد بر صفحه برابر با وزن سیال هم حجم آن است. محل اثر نیروی شناوری نیز در مرکز حجم جابه‌جاشده (قسمتی که در آب فرورفته است) قرار دارد. این نظریه برای اولین‌بار توسط ارشمیدس مطرح گردید. برای اجسام شناور، بایستی وزن جسم با نیروی شناوری برابر باشد. نیروی شناوری برابر با وزن سیالی است که حجم آن برابر حجم قسمت مستغرق جسم است.

۷ – ۲ استاتیک سیالات  پایداری اجسام غوطه‌ور و شناور

 به صورت کیفی پایداری اجسام به دودسته­ی پایداری در عمق و پایداری چرخشی تقسیم می‌شود. برای اجسام غوطه‌ور و شناور در حال تعادل استاتیک ، نیروی وزن با نیروی شناوری در توازن است و در نتیجه این اجسام ذاتاً در جهت عمودی پایدار هستند. لیکن، نوع پایداری آنها در دو حالت غوطه‌ور و شناور با همدیگر متفاوت است. در حالت غوطه‌ور، پایداری جسم از نوع پایداری خنثی است، زیرا با اعمال نیرو بر جسم و حرکت آن، جسم در موقعیت دیگری مجدداً در حال تعادل قرار می‌گیرد. اجسام شناور در راستای عمودی کاملاً پایدار بوده و چنانچه جسم شناور توسط نیروی خارجی کمی به طرف بالا و یا پایین کشیده شود، مجدداً پس از برداشتن نیروی خارجی، به حالت اولیه‌ی خود برمی‌گردد.

پایداری چرخشی اجسام غوطه‌ور بستگی به موقعیت نسبی مرکز ثقل، CG و مرکز شناوری، CB (مرکز حجم جابه‌جاشده) دارد. یک جسم غوطه‌ور زمانی پایدار است که مرکز ثقل جسم به طور مستقیم پایین مرکز شناوری قرار داشته باشد. پایداری چرخشی اجسام شناور نیز مانند اجسام غوطه‌ور است و تا زمانی که موقعیت مرکز ثقل در راستای عمودی، پایین‌تر از موقعیت مرکز شناوری باشد، جسم پایدار است. در مورد اجسام شناور حتی اگر موقعیت مرکز ثقل در راستای عمودی بالاتر از موقعیت مرکز شناوری باشد، ممکن است در بعضی شرایط، جسم پایدار باقی بماند.

پایداری اجسام شناور بر اساس ارتفاع متاسنتریک سنجیده می‌شود. ارتفاع متاسنتریک، GM، در واقع فاصله‌ی بین مرکز ثقل و نقطه‌ی متاسنتر، M، است. نقطه‌ی متاسنتر نیز از تقاطع خطوط اثر نیروی شناوری قبل و بعد از چرخش حاصل می‌شود. در اجسام شناور چنانچه نقطه‌ی متاسنتر، M، بالاتر از مرکز ثقل، G، قرار بگیرد، یعنی فاصله‌ی GM (ارتفاع متاسنتریک) مثبت باشد، جسم پایدار است و برعکس، چنانچه نقطه‌ی متاسنتر، M، پایین‌تر از مرکز ثقل، G، قرار بگیرد، یعنی فاصله‌ی GM منفی باشد، جسم ناپایدار خواهد بود.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *