On sait que tout corps dans un fluide est soumis à deux forces dirigées en sens opposés : la force de gravité et la force d'Archimède. La force de gravité est égale au poids du corps et est dirigée vers le bas, tandis que la force d'Archimède dépend de la densité du liquide et est dirigée vers le haut. Comment la physique explique le flottement des corps, et quelles sont les conditions pour les corps flottants à la surface et dans la colonne d'eau ?

État flottant des corps

Selon la loi d'Archimède, la condition de flottement des corps est la suivante : si la force de gravité est égale à la force d'Archimède, alors le corps peut être en équilibre n'importe où dans le liquide, c'est-à-dire flotter dans son épaisseur. Si la gravité est inférieure à la force d'Archimède, le corps sortira du liquide, c'est-à-dire flottera. Dans le cas où le poids du corps est supérieur à la force d'Archimède qui le pousse vers l'extérieur, le corps coulera au fond, c'est-à-dire coulera. La force de flottabilité dépend de la densité du liquide. Mais si le corps va flotter ou couler dépend de la densité du corps, puisque sa densité augmentera son poids. Si la densité du corps est supérieure à la densité de l'eau, alors le corps coulera. Comment être dans un tel cas ?

La densité d'un arbre sec due aux cavités remplies d'air est inférieure à la densité de l'eau et l'arbre peut flotter à la surface. Mais le fer et de nombreuses autres substances sont beaucoup plus denses que l'eau. Comment est-il possible de construire des navires en métal et de transporter diverses cargaisons par voie d'eau dans ce cas ? Et pour cet homme est venu avec un petit truc. La coque d'un navire immergé dans l'eau est rendue volumineuse et à l'intérieur de ce navire, il y a de grandes cavités remplies d'air, ce qui réduit considérablement la densité globale du navire. Le volume d'eau déplacé par le navire est ainsi fortement augmenté, augmentant sa force de poussée, et la densité totale du navire est rendue inférieure à la densité de l'eau, de sorte que le navire peut flotter à la surface. Par conséquent, chaque navire a une certaine limite sur la masse de cargaison qu'il peut emporter. C'est ce qu'on appelle le déplacement du navire.

Distinguer déplacement à vide est la masse du navire lui-même, et déplacement- c'est le déplacement à vide plus la masse totale de l'équipage, de tous les équipements, provisions, carburant et cargaison, que ce navire peut normalement emporter sans risque de noyade par temps relativement calme.

La densité du corps des organismes vivant dans le milieu aquatique est proche de la densité de l'eau. Grâce à cela, ils peuvent être dans la colonne d'eau et nager grâce aux dispositifs qui leur sont donnés par la nature - palmes, nageoires, etc. Joue un rôle important dans le mouvement des poissons corps spécial - vessie natatoire. Le poisson peut modifier le volume de cette bulle et la quantité d'air qu'elle contient, en raison de quoi sa densité totale peut changer, et le poisson peut nager à différentes profondeurs sans subir d'inconvénients.

Densité corps humain légèrement plus dense que l'eau. Cependant, une personne, lorsqu'elle a une certaine quantité d'air dans ses poumons, peut aussi flotter calmement à la surface de l'eau. Si, pour des raisons d'expérience, alors que vous êtes dans l'eau, vous expirez tout l'air de vos poumons, vous commencerez lentement à couler au fond. Par conséquent, rappelez-vous toujours que nager n'est pas effrayant, il est dangereux d'avaler de l'eau et de la laisser entrer dans vos poumons, ce qui est la cause la plus fréquente de tragédies sur l'eau.

La nage est la capacité d'un corps à rester à la surface d'un liquide ou à un certain niveau dans un liquide.

On sait que tout corps dans un fluide est soumis à deux forces dirigées en sens opposés : la force de gravité et la force d'Archimède.

La force de gravité est égale au poids du corps et est dirigée vers le bas, tandis que la force d'Archimède dépend de la densité du liquide et est dirigée vers le haut. Comment la physique explique-t-elle le flottement des corps, et quelles sont les conditions pour que les corps flottent à la surface et dans la colonne d'eau ?

La force d'Archimède s'exprime par la formule :

Fvyt \u003d g * m bien \u003d g * ρ bien * V bien \u003d P bien,

où m w est la masse du liquide,

et P W est le poids du fluide déplacé par le corps.

Et puisque notre masse est égale à : m W = ρ W * V W, alors à partir de la formule de la force d'Archimède on voit qu'elle ne dépend pas de la densité du corps immergé, mais uniquement du volume et de la densité du fluide déplacé par le corps.

La force d'Archimède est une grandeur vectorielle. La raison de l'existence de la force de flottabilité est la différence de pression sur la partie supérieure et partie inférieure La pression indiquée sur la figure est P 2 > P 1 en raison de la plus grande profondeur. Pour l'émergence de la force d'Archimède, il suffit que le corps soit immergé dans un liquide, au moins partiellement.

Ainsi, si un corps flotte à la surface d'un liquide, alors la force de flottabilité agissant sur la partie de ce corps immergée dans le liquide est égale à la gravité du corps entier. (Fa = P)

Si la gravité est inférieure à la force d'Archimède (Fa > P), alors le corps sortira du liquide, c'est-à-dire flottera.

Dans le cas où le poids du corps est supérieur à la force d'Archimède le poussant vers l'extérieur (Fa

Du rapport obtenu, des conclusions importantes peuvent être tirées :

La force de flottabilité dépend de la densité du liquide. Le fait qu'un corps coule ou flotte dans un liquide dépend de la densité du corps.

Un corps flotte complètement immergé dans un liquide si la densité du corps est égale à la densité du liquide

Le corps flotte, dépassant partiellement de la surface du liquide, si la densité du corps est inférieure à la densité du liquide

- si la densité du corps est supérieure à la densité du liquide, la nage est impossible.

Les bateaux des pêcheurs sont en bois sec dont la densité est inférieure à celle de l'eau.

Pourquoi les bateaux flottent-ils ?

La coque d'un navire immergé dans l'eau est rendue volumineuse et, à l'intérieur de ce navire, il y a de grandes cavités remplies d'air, ce qui réduit considérablement la densité globale du navire. Le volume d'eau déplacé par le navire est ainsi fortement augmenté, augmentant sa force de poussée, et la densité totale du navire est rendue inférieure à la densité de l'eau, de sorte que le navire peut flotter à la surface. Par conséquent, chaque navire a une certaine limite sur la masse de cargaison qu'il peut emporter. C'est ce qu'on appelle le déplacement du navire.

Type de leçon :étude

Technologies utilisées : Traditionnel, collectif, innovant.

Le but de la leçon : Découvrez les conditions des corps flottants en fonction de la densité du liquide et du corps, assimilez-les au niveau de la compréhension et de l'application, en utilisant la logique de la connaissance scientifique.

Tâches:

1. établir théoriquement et expérimentalement la relation entre la densité du corps et le liquide, nécessaire pour assurer les conditions de flottaison des corps ;
2. continuer à former la capacité des étudiants à mener des expériences et à en tirer des conclusions;
3. développement des compétences pour observer, analyser, comparer, généraliser ;
4. susciter l'intérêt pour le sujet;
5. l'éducation à la culture dans l'organisation du travail éducatif.

Résultats attendus:

Connaître: Conditions de navigation tél.

Être capable de: Découvrez expérimentalement les conditions des corps flottants.

Équipement: Multimédia, écran, cartes de tâches individuelles, tableau de densité, matériel de test.

Pendant les cours

Activation des connaissances :

Prof:

– Dans les leçons précédentes, nous avons considéré l'effet du liquide et du gaz sur un corps qui y est immergé, étudié la loi d'Archimède, les conditions des corps flottants. Nous apprendrons le sujet de la leçon d'aujourd'hui en résolvant une grille de mots croisés.

Horizontalement : 1. Unité de division. 2. Unité de masse. 3. Unité multiple de masse. 4. Unité de surface. 5. Unité de temps. 6. Unité de force. 7. Unité de volume. 8. Unité de longueur.

Réponses : 1. Pascal. 2. Kilogramme. 3. Tonne. 4. Mètre carré. 5. Heure. 6. Newtons. 7. Litre. 8. Mètre.

(Le sujet de la leçon est écrit dans un cahier)

Prof: Mais maintenant, avant de procéder à la résolution de problèmes expérimentaux, nous allons répondre à quelques questions. Quelle force est générée lorsqu'un corps est immergé dans un liquide ?

Étudiants: Force d'Archimède.

Prof: Où est dirigée cette force ?

Étudiants: Il est dirigé verticalement vers le haut.

Prof: De quoi dépend la force d'Archimède ?

Étudiants: La force d'Archimède dépend du volume du corps et de la densité du liquide.

Prof: Et si le corps n'est pas complètement immergé dans un liquide, alors comment la force d'Archimède est-elle déterminée ?

Étudiants: Ensuite, pour calculer la force d'Archimède, il est nécessaire d'utiliser la formule F A = ​​​​ρ x gV, où V est le volume de la partie du corps qui est immergée dans le liquide.

Prof: Comment déterminer expérimentalement la force d'Archimède ?

Étudiants: Vous pouvez peser le liquide déplacé par le corps, et son poids sera égal à la force d'Archimède. Vous pouvez trouver la différence dans les lectures du dynamomètre lors de la pesée d'un corps dans l'air et dans un liquide, cette différence est également égale à la force d'Archimède. Vous pouvez déterminer le volume du corps à l'aide d'une règle ou d'un bécher. Connaissant la densité du liquide, le volume du corps, vous pouvez calculer la force d'Archimède.

Prof: Ainsi, nous savons que tout corps immergé dans un liquide est affecté par la force d'Archimède. Et aussi, quelle force agit sur tout corps plongé dans un liquide ?

Étudiants: La gravité.

Prof: Pouvez-vous donner des exemples de corps qui flottent à la surface de l'eau ? Quels corps coulent dans l'eau ? Sinon, comment un corps peut-il se comporter dans l'eau ? Quels sont ces corps ? Essayez de deviner de quel corps flottant nous parlons maintenant.

Au-dessus de la mer aujourd'hui
Grande chaleur;
Et flotte dans la mer
Montagne de glace.
Flottant et probablement
Considère:
Elle ne fondra pas non plus à la chaleur.

Étudiants: Iceberg.

Prof: Est-ce que quelque chose changerait si nous changions instantanément l'eau de l'océan en kérosène ?

(Les élèves sont confus)

Vous ne pouvez pas répondre avec précision à cette question. Mais vous avez déjà des idées, des hypothèses. Résolvons le problème ensemble aujourd'hui dans la leçon : Découvrez : Quelles sont les conditions pour les corps flottants dans un liquide.

Résolution de problèmes de recherche :

Écrivez le sujet de la leçon dans votre cahier – "Conditions pour les corps flottants".

Prof: Les gars, savez-vous quel scientifique a étudié la nage des corps ?

Étudiants: Archimède.

Prof: Essayons de vérifier expérimentalement toutes les informations sur les conditions de flottement des corps en faisant des recherches. Nous l'avons déjà fait lors de l'étude de la force de frottement. Chaque groupe recevra son propre devoir. Après avoir terminé les tâches, nous discuterons des résultats obtenus et découvrirons les conditions de flottaison des corps.

Notez tous les résultats dans un cahier. Levez la main si vous avez des questions.

(Les enfants reçoivent des cartes avec des tâches et du matériel pour leur mise en œuvre – 7 choix. Les options de tâches ne sont pas les mêmes en termes de difficulté : les premières sont les plus simples, les 6 et 7 sont les plus difficiles. Ils sont donnés en fonction du niveau de formation.)

Tâches:

Tâche pour le groupe 1:

1. Observez lesquels des corps proposés coulent et lesquels flottent dans l'eau.
2. Trouvez la densité des substances correspondantes dans le tableau du manuel et comparez-la avec la densité de l'eau.
3. Présenter les résultats sous forme de tableau.

Équipement: un récipient avec de l'eau et un ensemble de corps : un clou d'acier, un rouleau de porcelaine, des morceaux de plomb, un bloc de pin.

Équipement: un récipient avec de l'eau et un ensemble de corps : morceaux d'aluminium, de verre organique, de mousse plastique, de liège, de paraffine.

Tâche pour le groupe 2:

1. Comparez la profondeur d'immersion dans l'eau de cubes en bois et en mousse de même taille.
2. Découvrez si la profondeur d'immersion d'un cube en bois dans des liquides de densités différentes diffère. Montrez le résultat de l'expérience sur la figure.

Équipement: deux récipients (avec de l'eau et de l'huile), des cubes en bois et en mousse.

Tâche pour le groupe 3:

1. Comparez la force d'Archimède agissant sur chacun des tubes avec la force de gravité sur chaque tube.
2. Tirer des conclusions sur la base des résultats des expériences.

Équipement: un bécher, un dynamomètre, deux tubes à essai avec du sable (les tubes à essai avec du sable doivent flotter dans l'eau, immergés à différentes profondeurs).

Tâche pour le groupe 4:

1. "Peux-tu 'faire' flotter une pomme de terre dans l'eau ? Faire flotter la pomme de terre dans l'eau.
2. Expliquez les résultats de l'expérience. Disposez-les sous forme de dessins.

Équipement: un récipient avec de l'eau, un tube à essai avec du sel de table, une cuillère, une pomme de terre de taille moyenne.

Groupe de travail 5:

1. Faites flotter le morceau de pâte à modeler dans l'eau.
2. Faites flotter le morceau de papier d'aluminium dans l'eau.
3. Expliquez les résultats de l'expérience.

Équipement: un récipient avec de l'eau; un morceau de pâte à modeler et un morceau de papier d'aluminium.

Prof: Nous avons parlé de la condition des solides flottants dans un liquide. Un liquide peut-il flotter au-dessus d'un autre ?

Groupe de travail 6: Observation d'une nappe de pétrole qui remonte sous l'effet de la poussée de l'eau.

Objectif: Observer la remontée de l'huile immergée dans l'eau, découvrir par l'expérience l'effet flottant de l'eau, indiquer la direction de la force flottante.

Équipement: récipients avec huile, eau, pipette.

La séquence de l'expérience:

1. Prélevez quelques gouttes d'huile avec une pipette.
2. Abaissez la pipette à une profondeur de 3-4 cm dans un verre d'eau.
3. Relâchez l'huile et observez la formation d'une tache d'huile à la surface de l'eau.
4. Faites une conclusion basée sur votre expérience.

Après l'expérience, les résultats des travaux sont discutés, les résultats sont résumés.

Pendant que les élèves accomplissent les tâches, j'observe leur travail, leur apporte l'aide nécessaire.

Prof: Nous terminons le travail, déplaçons les appareils au bord de la table. Passons à la discussion des résultats. Voyons d'abord quels corps flottent dans un liquide et lesquels coulent. (Groupe 1)

Étudiants: L'un d'eux nomme les corps qui coulent dans l'eau, l'autre - les corps qui flottent, le troisième compare les densités des corps de chaque groupe avec la densité de l'eau. Après cela, ils tirent tous une conclusion ensemble.

Résultats:

1. Si la densité de la substance à partir de laquelle le corps est fait est supérieure à la densité du liquide, alors le corps coule.
2. Si la densité de la substance est inférieure à la densité du liquide, le corps flotte.

(Les conclusions sont écrites dans des cahiers.)

Prof: Qu'adviendra-t-il du corps si les densités du liquide et de la substance sont égales ?

Étudiants: Donnez une réponse.

Voyons comment se comportent les corps flottant à la surface du liquide. Les mecs groupe 2 examiné comment les corps en bois et en mousse se comportent dans le même liquide. Qu'ont-ils remarqué ?

Étudiants: La profondeur d'immersion des corps est différente. La mousse de polystyrène flotte presque à la surface et l'arbre est légèrement immergé dans l'eau.

Prof: Que dire de la profondeur d'immersion d'un bloc de bois flottant à la surface de l'eau, du pétrole ?

Étudiants: Dans le pétrole, la barre s'est enfoncée plus profondément que dans l'eau.

Conclusion : Ainsi, la profondeur d'immersion d'un corps dans un liquide dépend de la densité du liquide et du corps lui-même.

Écrivons cette conclusion.

Prof: Voyons maintenant s'il est possible de faire flotter des corps qui coulent normalement dans l'eau, comme une pomme de terre ou de la pâte à modeler ou du papier d'aluminium. (Groupe 4 ; Groupe 5)

Qu'observez-vous ?

Étudiants: Ils se noient dans l'eau. Pour faire flotter la pomme de terre, nous avons ajouté plus de sel à l'eau.

Prof: Quel est le problème? Qu'est-il arrivé?

Étudiants: L'eau salée a augmenté sa densité et elle est devenue plus forte pour pousser la pomme de terre. La densité de l'eau a augmenté et la force d'Archimède est devenue plus grande.

Prof: Correctement. Et les gars qui ont effectué la tâche avec de la pâte à modeler n'avaient pas de sel. Comment avez-vous réussi à faire flotter de la pâte à modeler dans l'eau ?

Étudiants: Nous avons fabriqué un bateau en pâte à modeler. Il a un volume plus important et flotte donc. Vous pouvez faire une boîte en pâte à modeler, elle flotte aussi. Elle a aussi plus de volume qu'un morceau de pâte à modeler.

Conclusion: Ainsi, pour faire flotter des corps qui coulent normalement, vous pouvez modifier la densité du liquide ou le volume de la partie immergée du corps. Dans ce cas, la force d'Archimède agissant sur le corps change également. Pensez-vous qu'il existe un lien entre la force de gravité et la force d'Archimède pour les corps flottants ?

Prof:(Groupe 6) Revenons au tableau de densité des substances. Expliquez pourquoi un film d'huile se forme sur l'eau.

Le problème est donc résolu, donc les liquides, comme les solides, sont soumis aux conditions de flottement des corps.

Parlons des liquides.

Un vaisseau peu profond invitait trois liquides non miscibles de densités différentes à visiter en même temps et les invitait à s'installer avec toutes les commodités. Comment se trouvaient les liquides dans le navire hospitalier, s'ils l'étaient: huile moteur, miel et essence.

Spécifiez l'ordre des liquides.

Étudiants:(Groupe 3) Nous avons immergé deux tubes de sable, un plus léger et un plus lourd, dans l'eau, et tous les deux ont flotté dans l'eau. Nous avons déterminé que la force d'Archimède dans les deux cas est approximativement égale à la force de gravité.

Prof: Bon travail. Donc, si le corps flotte, alors F A \u003d F lourd. (Ecrivez au tableau). Et si le corps coule dans le liquide ?

Étudiants: Alors la force de gravité est supérieure à la force d'Archimède.

Prof: Et si le corps flotte ?

Étudiants: Par conséquent, la force d'Archimède est supérieure à la force de gravité.

Prof: Ainsi, nous avons obtenu la condition des corps flottants. Mais ce n'est pas lié à la densité du corps ou à la densité du liquide lui-même. (Cette dépendance était envisagée par les gars du 1er groupe). Cela signifie que les conditions des corps peuvent être formulées de deux manières : en comparant la force d'Archimède et la force de gravité, ou en comparant les densités du liquide et de la substance qu'il contient. Où en ingénierie ces conditions sont-elles prises en compte ?

Étudiants: Lors de la construction de navires. Ils fabriquaient des navires et des bateaux en bois. La densité du bois est inférieure à la densité de l'eau et les navires flottaient dans l'eau.

Prof: Les navires en métal flottent également, mais des morceaux d'acier coulent dans l'eau.

Étudiants: Ils sont traités comme nous l'avons fait avec de la pâte à modeler : ils augmentent de volume, la force d'Archimède devient plus grande, et ils flottent. Ils fabriquent également des pontons et des sous-marins.

Prof: Ainsi, dans la construction navale, on utilise le fait qu'en modifiant le volume, il est possible de donner de la flottabilité à presque n'importe quel corps. Existe-t-il un moyen de prendre en compte le lien entre les conditions de flottaison des corps et le changement de densité du liquide ?

Étudiants: Oui, lors du passage de la mer au fleuve, la profondeur du tirant d'eau des navires change.

Prof: Donner des exemples d'utilisation des conditions de flottement des corps en ingénierie.

Étudiants: Les pontons sont utilisés pour les traversées de rivières. Les sous-marins flottent dans les mers et les océans. Pour la plongée sous-marine, une partie de leur réservoir est remplie d'eau, et pour la plongée en surface, l'eau est pompée.

(Je montre des dessins de navires modernes.)

Prof: Regardez attentivement le brise-glace nucléaire. Plusieurs brise-glaces de ce type opèrent dans notre pays. Ils sont les plus puissants du monde et peuvent naviguer sans entrer dans les ports pendant plus d'un an. Mais nous en reparlerons dans la prochaine leçon.

Disposition du tableau : Devoirs § 48.

Sujet du cours : Conditions de navigation tél.

Résumé de la leçon :

Nous faisons une conclusion avec les gars sur la recherche. Encore une fois, nous résumons les conditions pour les corps flottants à l'aide du tableau présenté au tableau.

Réflexion:

• J'ai apprécié ma leçon d'aujourd'hui...
• Je veux …
• J'ai découvert …
• Je suis moi-même aujourd'hui...

Un corps immergé dans un liquide, en plus de la gravité, est affecté par une force flottante - la force d'Archimède. Le fluide appuie sur toutes les faces du corps, mais la pression n'est pas la même. Après tout, la face inférieure du corps est plus immergée dans le liquide que la face supérieure, et la pression augmente avec la profondeur. C'est-à-dire que la force agissant sur la face inférieure du corps sera supérieure à la force agissant sur la face supérieure. Par conséquent, une force apparaît qui tente de pousser le corps hors du liquide.

La valeur de la force d'Archimède dépend de la densité du liquide et du volume de la partie du corps qui se trouve directement dans le liquide. La force d'Archimède agit non seulement dans les liquides, mais aussi dans les gaz.

Loi d'Archimède: un corps immergé dans un liquide ou un gaz est soumis à une force de flottabilité égale au poids du liquide ou du gaz dans le volume du corps. Pour calculer la force d'Archimède, il faut multiplier la densité du liquide, le volume de la partie du corps immergée dans le liquide et la valeur constante g.

Deux forces agissent sur un corps qui se trouve à l'intérieur d'un liquide : la force de gravité et la force d'Archimède. Sous l'influence de ces forces, le corps peut bouger. Il existe trois conditions pour les corps flottants :

Si la gravité est supérieure à la force d'Archimède, le corps coulera, coulera au fond.

Si la gravité est égale à la force d'Archimède, alors le corps peut être en équilibre à n'importe quel point du fluide, le corps flotte à l'intérieur du fluide.

Si la force de gravité est inférieure à la force d'Archimède, le corps va flotter, s'élever.

Corps flottants à la surface d'un liquide

En position de surface, deux forces agissent sur le corps flottant selon l'axe OZ (Fig. 1.1), c'est la force de gravité du corps g et force d'Archimède flottante Pz.

la natation, c'est-à-dire submergé . Les principaux concepts de la théorie de la navigation comprennent les suivants :

- avion à voile(I-I) - le plan de la surface libre du liquide coupant le corps;

- ligne de flottaison - la ligne d'intersection de la surface du corps et du plan de nage ;

- brouillon (y)- la profondeur d'immersion du point le plus bas du corps. Le plus grand tirant d'eau autorisé du navire y est marqué par une ligne de flottaison rouge;

- déplacement - le poids de l'eau déplacée par le navire. Le déplacement du navire à pleine charge est sa principale spécifications techniques;

Le centre de déplacement (point D, Fig. 1.1) est le centre de gravité du déplacement par lequel passe la ligne d'action de la flottabilité d'Archimède ;

Axe de navigation (О О ") - une ligne passant par le centre de gravité C et le centre de déplacement D lorsque le corps est en équilibre.

Pour maintenir l'équilibre, l'axe de fusion doit être vertical. Si une force externe agit sur un navire flottant dans la direction transversale, par exemple la force de la pression du vent, alors le navire roulera, l'axe de navigation tournera par rapport au point C et un couple M k apparaîtra, faisant tourner le navire autour l'axe longitudinal dans le sens antihoraire (Fig. 1.2)

La stabilité d'un corps flottant dépend de la position relative des points C et D. Si le centre de gravité C est inférieur au centre de déplacement D, alors pendant la navigation de surface le corps est toujours stable, puisque le couple M k qui se produit pendant un le roulis est toujours dirigé dans le sens opposé au roulis.

Si le point C est au-dessus du point D (Fig. 1.3), alors le corps flottant peut être stable et instable. Examinons ces cas plus en détail.

Avec un roulis, le centre de déplacement D se déplace horizontalement vers le roulis, puisqu'un côté du navire déplace un plus grand volume d'eau que l'autre.

Alors la ligne d'action de la force d'Archimède flottante P z passera par le nouveau centre de déplacement D" et coupera l'axe de navigation OO" au point M, appelé métacentre. Pour formuler la condition de stabilité, on note le segment

M D 1 = b,un CD 1 =∆ , où b - rayon métacentrique; ∆- excentricité.

Condition de stabilité : le corps est stable si son rayon métacentrique est supérieur à l'excentricité, c'est-à-dire b > ∆.

L'interprétation graphique de la condition de stabilité est illustrée à la fig. 1.3, qui montre que dans le cas a) b > ∆ et le couple résultant est dirigé dans le sens opposé au roulis, et dans le cas b) on a : b< ∆ et moment M à fait tourner le corps dans le sens du roulis, c'est-à-dire le corps est instable.

Déplacement navire (navire) - la quantité d'eau déplacée par la partie sous-marine de la coque du navire (navire). Le poids de cette quantité de liquide est égal au poids de l'ensemble du navire, quels que soient sa taille, sa matière et sa forme.

Distinguer volumétrique et massif la norme, Ordinaire, Achevée, le plus grand, vider déplacement.

Déplacement Ligne de flottaison(néerlandais. ligne d'eau) - la ligne de contact d'une surface d'eau calme avec la coque d'un navire flottant. Aussi - dans la théorie du navire, un élément du dessin théorique : une coupe de la coque par un plan horizontal.

Déplacement de masse

Cylindrée standard

Déplacement normal

Déplacement complet

Déplacement maximal

Déplacement léger

Déplacement sous-marin

déplacement superficiel

Stabilité des corps flottants

La stabilité corps flottants s'appelle leur capacité à retourner à position de départ après avoir été amenés hors de cette position en raison de l'influence de forces extérieures.

Pour donner de la stabilité à un corps flottant, il est nécessaire que lorsqu'il s'écarte de la position d'équilibre, une paire de forces soit créée, qui ramènera le corps dans sa position d'origine. Une telle paire de forces ne peut être créée que par des forces g et P n. Il y a trois possibilités diverses possibilités la position relative de ces forces (Fig. 5.3).

Riz. 5.3. Stabilité des corps semi-immergés avec disposition mutuelle du centre de gravité et du centre de déplacement un et b- équilibre stable

Le centre de masse est situé en dessous du centre de déplacement Lors de la gîte, le centre de déplacement se déplace à la fois en raison d'un changement de position du corps et en raison d'un changement de forme du volume déplacé. Dans ce cas, deux forces apparaissent, s'efforçant de ramener le corps dans sa position d'origine. Par conséquent, le corps a une stabilité positive.

Le centre de masse coïncide avec le centre de déplacement- le corps aura également une stabilité positive due au déplacement du centre de déplacement dû à une modification de la forme du volume déplacé.

Le centre de masse est au-dessus du centre de déplacement.Ici, il y a deux options principales (Fig. 5.4) :

1) le point d'intersection de la force de levage avec l'axe de navigation M (métacentre) se situe en dessous du centre de masse - l'équilibre sera instable (Fig. 5.4, un);

2) le métacentre se situe au-dessus du centre de masse - l'équilibre sera stable (Fig. 5.4, b). La distance du métacentre au centre de masse est appelée hauteur métacentrique. Métacentre - le point d'intersection de la force de portance avec l'axe de navigation. Si pointe M se trouve au-dessus du point Avec, alors la hauteur métacentrique est considérée comme positive si elle se situe en dessous du point Avec- alors il est considéré comme négatif.

Ainsi, les conclusions suivantes peuvent être tirées :

la stabilité d'un corps à l'état semi-immergé dépend de la position relative des points M et Avec(à partir de la hauteur métacentrique);

le corps sera stable si la hauteur métacentrique est positive, c'est-à-dire le métacentre est situé au-dessus du centre de gravité. Presque tous les véhicules flottants militaires sont construits avec une hauteur métacentrique de 0,3 à 1,5 m.

Riz. 5.4. Stabilité des corps semi-immergés avec la position relative du centre de gravité et du métacentre :

un- équilibre instable ; b- équilibre stable

Déplacement navire (navire) - la quantité d'eau déplacée par la partie sous-marine de la coque du navire (navire). La masse de cette quantité de liquide est égale à la masse de l'ensemble du navire, quels que soient sa taille, son matériau et sa forme.

Distinguer volumétrique et massif déplacement. Selon l'état de la charge du navire, ils distinguent la norme, Ordinaire, Achevée, le plus grand, vider déplacement.

Pour les sous-marins, il y a sous-marin déplacement et surface déplacement.

Déplacement

déplacement égal au volume de la partie sous-marine du navire (navire) à la ligne de flottaison.

Déplacement de masse

déplacement égal à la masse du navire (navire).

Cylindrée standard

déplacement d'un navire entièrement équipé (navire) avec un équipage, mais sans carburant, lubrifiants et eau potable dans des réservoirs.

Déplacement normal

une cylindrée égale à la cylindrée standard plus la moitié du carburant, des lubrifiants et de l'eau potable dans les réservoirs.

Déplacement complet

cylindrée égale à la cylindrée standard plus réserves complètes de carburant, lubrifiants, eau potable en citernes, cargaison.

Déplacement maximal

déplacement égal au déplacement standard plus réserves maximales carburant, lubrifiants, eau potable en citernes, cargaison.

Déplacement léger)

déplacement d'un navire (navire) vide, c'est-à-dire d'un navire (navire) sans équipage, carburant, ravitaillement, etc.

Déplacement sous-marin

déplacement d'un sous-marin (batyscaphe) et d'autres navires sous-marins en position immergée. Dépasse le déplacement en surface par la masse d'eau prélevée lors de l'immersion dans les ballasts principaux.

déplacement superficiel

déplacement d'un sous-marin (bathyscaphe) et d'autres navires sous-marins en position à la surface de l'eau avant l'immersion ou après avoir fait surface.

Corps de natation- l'état d'équilibre d'un corps solide partiellement ou totalement immergé dans un liquide (ou un gaz).

La tâche principale de la théorie de la nage des corps est de déterminer l'équilibre d'un corps immergé dans un liquide, de déterminer les conditions de stabilité de l'équilibre. Les conditions les plus simples pour les corps flottants sont indiquées par la loi d'Archimède. Considérons ces conditions.

Comme vous le savez, tous les corps immergés dans un liquide sont affectés par la force d'Archimède FA(force extrusive) dirigée verticalement vers le haut, cependant, elles n'émergent pas toutes. Pour comprendre pourquoi certains corps flottent et d'autres coulent, il est nécessaire de prendre en compte une autre force agissant sur tous les corps - la force de gravité. Pi qui est dirigé verticalement vers le bas, c'est-à-dire à l'opposé FA. Si le corps est laissé à l'intérieur du liquide au repos, il commencera à se déplacer dans la direction dans laquelle la plus grande des forces est dirigée. Dans ce cas, les cas suivants sont possibles :

1. si la force d'Archimède est inférieure à la force de gravité ( FA< F т ), alors le corps coulera au fond, c'est-à-dire qu'il coulera (Fig. un);
2. si la force d'Archimède est supérieure à la force de gravité ( F A > F t), alors le corps flottera (Fig. b);

Si cette force est supérieure à la force de gravité agissant sur le corps, alors le corps décollera. L'aéronautique est basée là-dessus.

Les avions utilisés en aéronautique sont appelés des ballons(du grec. air- air, statut- debout). Les ballons de vol libre non gérés avec une coque en forme de ballon sont appelés des ballons. Il n'y a pas si longtemps, d'énormes ballons étaient utilisés pour étudier les couches supérieures de l'atmosphère (stratosphère) - stratostats. Les ballons contrôlés (ayant un moteur et des hélices) sont appelés dirigeables.

Non seulement le ballon s'élève de lui-même, mais il peut également soulever certaines marchandises : cabines, personnes, instruments. Afin de déterminer le type de fret qu'un conteneur aérien peut soulever, sa force de levage doit être connue. La force de levage d'un ballon est égale à la différence entre la force d'Archimède et la force de gravité agissant sur le ballon :

F \u003d F A - F t.

Plus la densité du gaz remplissant un ballon d'un volume donné est faible, plus la force de gravité agissant sur celui-ci est faible et plus la force de levage résultante est importante. Les ballons peuvent être remplis d'hélium, d'hydrogène ou d'air chauffé. Bien que l'hydrogène ait une densité inférieure à l'hélium, l'hélium est encore plus souvent utilisé pour des raisons de sécurité (l'hydrogène est un gaz combustible).

Il est beaucoup plus facile de faire monter et descendre un ballon rempli d'air chaud. Pour ce faire, un brûleur est placé sous le trou situé dans la partie inférieure de la balle. Il permet de réguler la température de l'air, et donc sa densité et sa portance.

Vous pouvez choisir une telle température du ballon à laquelle le poids du ballon et de la cabine sera égal à la force de flottabilité. Ensuite, la balle sera suspendue dans les airs et il sera facile d'en faire des observations.