Рідини

Корабель затонув на певній глибині, ми спробуємо вивести його на воду, нагнітаючи повітря, щоб витіснити воду, яка в ньому міститься. Корабель починає підніматися, коли тяга дорівнює вазі. Буде розраховано об’єм і масу повітря при атмосферному тиску, який ми маємо подавати під керуванням компресора. Ми також обчислимо відстань, яку пропливає човен від дна до плаваючої на поверхні води.

Фізичні основи

Давайте розглянемо корабель, який має форму прямокутної коробки (паралепіпед) висотою 10 м і перетином 280 м 2 .

  • Затонулий корабель

корабель

Корабель починає плавати, коли вага судна дорівнює тязі. Тяга - це вага об’єму витісненої води

Де r - щільність морської води (ми візьмемо 1000 кг/м 3), хоча вона дещо вища, ніж у прісної води, S - площа основи корабля, і х висота повітря в човні, жовта на малюнку.

Приклад: для корабля вагою 863 тм х це приблизно 3,08 м. Що відповідає обсягу повітря 862 м 3 (площа основи корабля 280 м 2)

Тиск повітря буде

Де Y - глибина, і h висота корабля (10 м). Для глибини y = 26 м тиск становить стор= 287000 Па. А об’єм повітря, який ми розрахували, становить V = 862 м 3

Повітря, яке подаватиметься компресором, приблизно дорівнює тому, яке стиснене повітря буде займати в човні при атмосферному тиску (p0 = 10 5 Па) при тій же температурі.

Отримано об’єм повітря V0 = 2475 м 3. Час, необхідний компресору для перекачування цього обсягу, залежить від витрати. Якщо швидкість потоку 1000 м 3/хв, то це займає 2,5 хв.

Ми також можемо розрахувати масу повітря, що міститься в цьому об'ємі, при кімнатній температурі (300є К)

де М - молекулярна маса повітря 28,9 г/моль. Ви отримуєте 2867 кг, що є невеликою масою порівняно з масою корабля 863 Тм = 863000 кг.

  • Піднімаючись на поверхню

Коли тяга дорівнює вазі, човен починає свій підйом. У міру зростання тиску повітря та збільшення його обсягу тяга стає більшою, ніж вага. Може трапитися так, що об’єм повітря стає більшим, ніж об’єм корабля, тоді корабель втрачає повітря. Тяга прийме максимальне значення і буде залишатися незмінною, поки корабель не почне виходити з морської поверхні.

Деталі руху судна, прискорення та швидкість судна під час підйому не цікавлять це пояснення.

  • Плаває на поверхні моря

Човен зупиняється, виходячи на поверхню, коли вага повертається, щоб вирівняти тягу. У той час різниця між рівнем води всередині і поза човном буде z= 3,08 м, знайдений раніше. Тиск повітря буде

стор= 130184 Па. При цьому тиску об’єм V зайняте повітрям (ізотермічне перетворення) буде

287000 862 = 130184V

Результат є V= 1900 м 3. Що відповідає висоті повітря на кораблі 6,8 м (площа основи корабля 280 м 2).

Водотоннажністю корабля буде відстань між його нижнім кінцем і дном, тобто,

26 м - глибина, а 10 м - висота корабля. Результат майже 20 м, як ми бачимо на малюнку.

Діяльність

  • Вага корабля (в тоннах), що діє на смужку прокрутки з назвою Вага корабля.
  • Глибина, на яку затонув корабель, діючи на заголовку смуги прокрутки Глибина.
  • Швидкість потоку повітря, що подається компресором, вимірюється в кубічних метрах повітря (при атмосферному тиску) за хвилину, в елементі управління під назвою Повітряний компресор.

Натисніть кнопку з назвою Починається,

Компресор, що подає повітря, що витісняє човен з водою, запускається. Тяга зростає, поки вона не стане рівною вазі, в цей час корабель починає рухатися вгору до морської поверхні.

Якщо вага або глибина надмірні, може трапитися так, що човен витіснить всю воду, але тяга недостатня, щоб дорівнювати вазі, повітря виходить і човен неможливо плавати.

У міру підняття човна тиск зменшується, а об’єм збільшується. Може трапитися так, що об’єм повітря стає більшим за об’єм корабля, повітря виходить, а тяга стає постійною.

Читачеві пропонується випробувати всі ці ситуації, виконати деякі обчислення вручну та порівняти їх із тими, що передбачені інтерактивною програмою.