Γιατί τα πλοία επιπλέουν; Από τον Νεύτωνα στον Αρχιμήδη

Παρουσίαση με θέμα: "Γιατί τα πλοία επιπλέουν; Από τον Νεύτωνα στον Αρχιμήδη"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Γιατί τα πλοία επιπλέουν; Από τον Νεύτωνα στον Αρχιμήδη
Μοντελοποιώντας τις κατανεμημένες δυνάμεις που δέχονται τα πλοία ως σημειακές φορτίσεις Ναυπηγία – ΝΔ ΙV (Μαχ) 8ο Εξάμηνο

2 Γιατί τα πλοία επιπλέουν; Από τον Νεύτωνα στον Αρχιμήδη.
1 Οι δυνάμεις που δέχεται ένα σώμα βυθισμένο σε υγρό Περιγραφή Βάρους και Άντωσης 2 Η αρχή του Αρχιμήδη Πώς συνδέεται το βάρος με το βυθισμένο όγκο 3 Πότε ένα σώμα επιπλέει; Άντωση και μέση πυκνότητα

3 Γιατί τα πλοία επιπλέουν; Από τον Νεύτωνα στον Αρχιμήδη.
1 Οι δυνάμεις που δέχεται ένα σώμα βυθισμένο σε υγρό Περιγραφή Βάρους και Άντωσης 2 Η αρχή του Αρχιμήδη Πώς συνδέεται το βάρος με το βυθισμένο όγκο 3 Πότε ένα σώμα επιπλέει; Άντωση και μέση πυκνότητα

4 Οι δυνάμεις που ασκούνται σε σώμα βυθισμένο στη θάλασσα:
Βάρος Άντωση Δύναμη πεδιακή (οφείλεται Δύναμη πίεσης (οφείλεται στην στο βαρυτικό πεδίο της Γης) πίεση από το περιβάλλον υγρό) Από τη μάζα του σώματος Από το υγρό και τον βυθισμένο όγκο Κέντρο βάρους Κέντρο άντωσης Πού οφείλεται; Από τι εξαρτάται; FB = A pdA Πώς υπολογίζεται; W = m∙g Πού εφαρμόζεται;

5 Οι δυνάμεις που ασκούνται σε σώμα βυθισμένο στη θάλασσα:
Βάρος Άντωση Δύναμη πεδιακή (οφείλεται Δύναμη πίεσης (οφείλεται στην στο βαρυτικό πεδίο της Γης) πίεση από το περιβάλλον υγρό) Από τη μάζα του σώματος Από το υγρό και τον βυθισμένο όγκο Κέντρο βάρους Κέντρο άντωσης Πού οφείλεται; Από τι εξαρτάται; FB = A pdA Πώς υπολογίζεται; W = m∙g Πού εφαρμόζεται;

6 Η πίεση από κάθε υγρό σε ένα τυχαίο σημείο του εξαρτάται από το βάθος και από το υγρό.
ρυγρ

7 Η πίεση από κάθε υγρό σε ένα τυχαίο σημείο του εξαρτάται από το βάθος και από το υγρό.
x z h ρυγρ

8 Η πίεση από κάθε υγρό σε ένα τυχαίο σημείο του εξαρτάται από το βάθος και από το υγρό.
phydrostatic = patm + ρfluid ∙ g ∙h ≈ ρfluid ∙ g ∙h x z h ρυγρ

9 Η πίεση από κάθε υγρό σε ένα τυχαίο σημείο του εξαρτάται από το βάθος και από το υγρό.
phydrostatic = patm + ρfluid ∙ g ∙ h ≈ ρfluid ∙ g ∙h x z απόσταση από την ελεύ-θερη επιφάνεια του υγρού h ρυγρ

10 Η πίεση από κάθε υγρό σε ένα τυχαίο σημείο του εξαρτάται από το βάθος και από το υγρό.
phydrostatic = patm + ρfluid ∙ g ∙ h ≈ ρfluid ∙ g ∙h x z απόσταση από την ελεύ-θερη επιφάνεια του υγρού h πυκνότητα ρευστού ρ = m V kg m3 ρυγρ

11 Η πίεση από κάθε υγρό σε ένα τυχαίο σημείο του εξαρτάται από το βάθος και από το υγρό.
patm phydrostatic = patm + ρfluid ∙ g ∙ h ≈ ρfluid ∙ g ∙h x z απόσταση από την ελεύ-θερη επιφάνεια του υγρού h πυκνότητα ρευστού ρ = m V kg m3 ρυγρ ατμοσφαιρική πίεση patm = 1 atm = Pa

12 Η πίεση από κάθε υγρό σε ένα τυχαίο σημείο του εξαρτάται από το βάθος και από το υγρό.
phydrostatic = patm + ρfluid ∙ g ∙ h ≈ ρfluid ∙ g ∙h x z h ρυγρ

13 Η πίεση από κάθε υγρό σε ένα τυχαίο σημείο του εξαρτάται από το βάθος και από το υγρό.
phydrostatic = patm + ρfluid ∙ g ∙ h ≈ ρfluid ∙ g ∙h phydrostatic = patm + ρfluid ∙ g ∙ h ≈ ρfluid ∙ g ∙h p = dF dA  d F = p ∙ d A x z Η δύναμη που οφείλεται στην υδροστατική πίεση είναι κάθετη στην επιφάνεια, με φορά «προς τα μέσα». Αρχή του Pascal Η πίεση που ασκείται από το υγρό, στο ίδιο σημείο, είναι ίδια προς όλες τις κατευθύνσεις. h ρυγρ

14 Η πίεση από κάθε υγρό σε ένα τυχαίο σημείο του εξαρτάται από το βάθος και από το υγρό.
phydrostatic = patm + ρfluid ∙ g ∙ h ≈ ρfluid ∙ g ∙h p = dF dA  d F = p ∙ d A x z Η δύναμη που οφείλεται στην υδροστατική πίεση είναι κάθετη στην επιφάνεια, με φορά «προς τα μέσα» ! Αρχή του Pascal Η πίεση που ασκείται από το υγρό, στο ίδιο σημείο, είναι ίδια προς όλες τις κατευθύνσεις. h ρυγρ

15 Η πίεση από κάθε υγρό σε ένα τυχαίο σημείο του εξαρτάται από το βάθος και από το υγρό.
phydrostatic = patm + ρfluid ∙ g ∙ h ≈ ρfluid ∙ g ∙h p = dF dA  d F = p ∙ d A x z Η δύναμη που οφείλεται στην υδροστατική πίεση είναι κάθετη στην επιφάνεια, με φορά «προς τα μέσα» ! Αρχή του Pascal Η πίεση που ασκείται από το υγρό, στο ίδιο σημείο, είναι ίδια προς όλες τις κατευθύνσεις. h ρυγρ

16 Η πίεση από κάθε υγρό σε ένα τυχαίο σημείο του εξαρτάται από το βάθος και από το υγρό.
phydrostatic = patm + ρfluid ∙ g ∙ h ≈ ρfluid ∙ g ∙h p = dF dA  d F = p ∙ d A x z Η δύναμη που οφείλεται στην υδροστατική πίεση είναι κάθετη στην επιφάνεια, με φορά «προς τα μέσα» ! Αρχή του Pascal Η πίεση που ασκείται από το υγρό, στο ίδιο σημείο, είναι ίδια προς όλες τις κατευθύνσεις. h ρυγρ

17 Η πίεση από κάθε υγρό σε ένα τυχαίο σημείο του εξαρτάται από το βάθος και από το υγρό.
phydrostatic = patm + ρfluid ∙ g ∙ h ≈ ρfluid ∙ g ∙h p = dF dA  d F = p ∙ d A x z Η δύναμη που οφείλεται στην υδροστατική πίεση είναι κάθετη στην επιφάνεια, με φορά «προς τα μέσα» ! Αρχή του Pascal Η πίεση που ασκείται από το υγρό, στο ίδιο σημείο, είναι ίδια προς όλες τις κατευθύνσεις. h ρυγρ

18 Πώς υπολογίζεται η άντωση που δέχεται ένα σώμα που είναι βυθισμένο σε υγρό;
x z ρυγρ

19 Πώς υπολογίζεται η άντωση που δέχεται ένα σώμα που είναι βυθισμένο σε υγρό;
1 Στον κατακόρυφο άξονα (z) 2 Στον οριζόντιο άξονα (x) x z ρυγρ

20 Πώς υπολογίζεται η άντωση που δέχεται ένα σώμα που είναι βυθισμένο σε υγρό;
1 Στον κατακόρυφο άξονα (z) 2 Στον οριζόντιο άξονα (x) x z ρυγρ h1

21 Πώς υπολογίζεται η άντωση που δέχεται ένα σώμα που είναι βυθισμένο σε υγρό;
1 Στον κατακόρυφο άξονα (z) 2 Στον οριζόντιο άξονα (x) x z ρυγρ h1 F1

22 Πώς υπολογίζεται η άντωση που δέχεται ένα σώμα που είναι βυθισμένο σε υγρό;
1 Στον κατακόρυφο άξονα (z) 2 Στον οριζόντιο άξονα (x) x z ρυγρ h1 h2 F1

23 Πώς υπολογίζεται η άντωση που δέχεται ένα σώμα που είναι βυθισμένο σε υγρό;
1 Στον κατακόρυφο άξονα (z) 2 Στον οριζόντιο άξονα (x) x z ρυγρ h1 h2 F1 F2

24 Πώς υπολογίζεται η άντωση που δέχεται ένα σώμα που είναι βυθισμένο σε υγρό;
1 Στον κατακόρυφο άξονα (z) 2 Στον οριζόντιο άξονα (x) F = F1 − F2 = ρυγρ∙g∙h1 ∙ A − ρυγρ∙g∙h2 ∙ A x z ρυγρ h1 h2 F1 F2

25 Πώς υπολογίζεται η άντωση που δέχεται ένα σώμα που είναι βυθισμένο σε υγρό;
1 Στον κατακόρυφο άξονα (z) 2 Στον οριζόντιο άξονα (x) F = F1 − F2 = ρυγρ∙g∙h1 ∙ A − ρυγρ∙g∙h2 ∙ A x z h1 F = ρυγρ∙g∙ A∙ h1−h2 < 0 𝑎 F1 h2 F2 ρυγρ

26 Πώς υπολογίζεται η άντωση που δέχεται ένα σώμα που είναι βυθισμένο σε υγρό;
1 Στον κατακόρυφο άξονα (z) 2 Στον οριζόντιο άξονα (x) F = F1 − F2 = ρυγρ∙g∙h1 ∙ A − ρυγρ∙g∙h2 ∙ A x z ρυγρ h1 h2 F1 F2 F = ρυγρ∙g∙ A∙ h1−h2 < 0 𝑎 F = − ρυγρ∙g∙ V 𝑎

27 Πώς υπολογίζεται η άντωση που δέχεται ένα σώμα που είναι βυθισμένο σε υγρό;
1 Στον κατακόρυφο άξονα (z) 2 Στον οριζόντιο άξονα (x) F = F1 − F2 = ρυγρ∙g∙h1 ∙ A − ρυγρ∙g∙h2 ∙ A x z ΣF F = ρυγρ∙g∙ A∙ h1−h2 < 0 𝑎 F = − ρυγρ∙g∙ V 𝑎 ρυγρ

28 Πώς υπολογίζεται η άντωση που δέχεται ένα σώμα που είναι βυθισμένο σε υγρό;
1 Στον κατακόρυφο άξονα (z) 2 Στον οριζόντιο άξονα (x) F = F1 − F2 = ρυγρ∙g∙h1 ∙ A − ρυγρ∙g∙h2 ∙ A x z F = ρυγρ∙g∙ A∙ h1−h2 < 0 𝑎 F = − ρυγρ∙g∙ V 𝑎 ρυγρ

29 Πώς υπολογίζεται η άντωση που δέχεται ένα σώμα που είναι βυθισμένο σε υγρό;
1 Στον κατακόρυφο άξονα (z) 2 Στον οριζόντιο άξονα (x) F = F1 − F2 = ρυγρ∙g∙h1 ∙ A − ρυγρ∙g∙h2 ∙ A x z h F = ρυγρ∙g∙ A∙ h1−h2 < 0 𝑎 F = − ρυγρ∙g∙ V 𝑎 ρυγρ

30 Πώς υπολογίζεται η άντωση που δέχεται ένα σώμα που είναι βυθισμένο σε υγρό;
1 Στον κατακόρυφο άξονα (z) 2 Στον οριζόντιο άξονα (x) F = F1 − F2 = ρυγρ∙g∙h1 ∙ A − ρυγρ∙g∙h2 ∙ A x z h F = ρυγρ∙g∙ A∙ h1−h2 < 0 𝑎 F3 F4 F = − ρυγρ∙g∙ V 𝑎 ρυγρ

31 Πώς υπολογίζεται η άντωση που δέχεται ένα σώμα που είναι βυθισμένο σε υγρό;
1 Στον κατακόρυφο άξονα (z) 2 Στον οριζόντιο άξονα (x) F = F1 − F2 = ρυγρ∙g∙h1 ∙ A − ρυγρ∙g∙h2 ∙ A x z h F = ρυγρ∙g∙ A∙ h1−h2 < 0 𝑎 F3 F4 F = − ρυγρ∙g∙ V 𝑎 ρυγρ F = F3 − F4 = 0 ∙ A

32 Η άντωση είναι η συνισταμένη δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα από το περιβάλλον υγρό
Η άντωση έχει πάντα φορά «προς τα πάνω» ! x z FB FB = − ρυγρ∙g∙ V 𝑎 ρυγρ

33 Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα:
Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα: x z

34 Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα:
Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα: Η άντωση κατανέμεται σε όλη την επιφάνεια του βυθισμένου όγκου του πλοίου. x z

35 Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα:
Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα: x z

36 Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα:
Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα: x z h

37 Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα:
Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα: x z h

38 Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα:
Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα: x z h

39 Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα:
Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα: x z h

40 Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα:
Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα: x z

41 Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα:
Η άντωση στην περίπτωση ενός πλοίου στη θάλασσα: x FB z

42 Οι δυνάμεις που ασκούνται σε σώμα βυθισμένο στη θάλασσα:
Βάρος Άντωση Δύναμη πεδιακή (οφείλεται Δύναμη πίεσης (οφείλεται στην στο βαρυτικό πεδίο της Γης) πίεση από το περιβάλλον υγρό) Από τη μάζα του σώματος Από το υγρό και τον βυθισμένο όγκο Κέντρο βάρους Κέντρο άντωσης Πού οφείλεται; Από τι εξαρτάται; FB = A pdA Πώς υπολογίζεται; W = m∙g Πού εφαρμόζεται;

43 Αποδεικνύεται ότι το κέντρο άντωσης είναι το γεωμετρικό κέντρο του βυθισμένου όγκου !
x z

44 Αποδεικνύεται ότι το κέντρο άντωσης είναι το γεωμετρικό κέντρο του βυθισμένου όγκου !
x z

45 Αποδεικνύεται ότι το κέντρο άντωσης είναι το γεωμετρικό κέντρο του βυθισμένου όγκου !
x z

46 Αποδεικνύεται ότι το κέντρο άντωσης είναι το γεωμετρικό κέντρο του βυθισμένου όγκου !
x z B

47 Αποδεικνύεται ότι το κέντρο άντωσης είναι το γεωμετρικό κέντρο του βυθισμένου όγκου !
x z B

48 Γιατί τα πλοία επιπλέουν; Από τον Νεύτωνα στον Αρχιμήδη.
1 Οι δυνάμεις που δέχεται ένα σώμα βυθισμένο σε υγρό Περιγραφή Βάρους και Άντωσης 2 Η αρχή του Αρχιμήδη Πώς συνδέεται το βάρος με το βυθισμένο όγκο 3 Πότε ένα σώμα επιπλέει; Άντωση και μέση πυκνότητα

49 Η αρχή του Αρχιμήδη διατυπώνεται ως εξής:
Η αρχή του Αρχιμήδη διατυπώνεται ως εξής: Κάθε σώμα εμβαπτιζόμενο μέσα σε ένα υγρό, ολόκληρο ή κατά ένα μέρος του, δέχεται μία δύναμη «προς τα πάνω» (άντωση), η οποία ισούται με το βάρος του υγρού που εκτοπίζει !

50 H άντωση που δέχεται ένα σώμα βυθιζόμενο σε υγρό ισούται με το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται.
W 00

51 H άντωση που δέχεται ένα σώμα βυθιζόμενο σε υγρό ισούται με το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται.
W FΒ1 05

52 H άντωση που δέχεται ένα σώμα βυθιζόμενο σε υγρό ισούται με το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται.
W FΒ2 10

53 H άντωση που δέχεται ένα σώμα βυθιζόμενο σε υγρό ισούται με το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται.
W FΒ3 14

54 H άντωση που δέχεται ένα σώμα βυθιζόμενο σε υγρό ισούται με το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται.
W FΒ3 14

55 H άντωση που δέχεται ένα σώμα βυθιζόμενο σε υγρό ισούται με το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται.
𝛻 14

56 H άντωση που δέχεται ένα σώμα βυθιζόμενο σε υγρό ισούται με το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται.
W FΒ3 14 ΕΚΤΟΠΙΣΜΑ

57 H άντωση που δέχεται ένα σώμα βυθιζόμενο σε υγρό ισούται με το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται.
Είναι: FB = γfluid ∙ ∇ W FΒ3 14 ΕΚΤΟΠΙΣΜΑ

58 H άντωση που δέχεται ένα σώμα βυθιζόμενο σε υγρό ισούται με το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται.
Είναι: FB = γfluid ∙ ∇ Από την ισορροπία του σώματος έχουμε: W 𝑊= 𝐹 𝐵 FΒ3 14 ΕΚΤΟΠΙΣΜΑ

59 H άντωση που δέχεται ένα σώμα βυθιζόμενο σε υγρό ισούται με το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται.
Είναι: FB = γfluid ∙ ∇ Από την ισορροπία του σώματος έχουμε: W 𝑊= 𝐹 𝐵 Άρα: Δ = γfluid ∙ ∇ FΒ3 14 ΕΚΤΟΠΙΣΜΑ

60 H άντωση που δέχεται ένα σώμα βυθιζόμενο σε υγρό ισούται με το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται.
Είναι: FB = γfluid ∙ ∇ Από την ισορροπία του σώματος έχουμε: W 𝑊= 𝐹 𝐵 Άρα: Δ = γfluid ∙ ∇ FΒ3 γθαλ.νερού = 1,025 ΜΤ m3 14 γγλυκ.νερού = 1,000 ΜΤ m3 ΕΚΤΟΠΙΣΜΑ

61 Γιατί τα πλοία επιπλέουν; Από τον Νεύτωνα στον Αρχιμήδη
Μοντελοποιώντας τις κατανεμημένες δυνάμεις που δέχονται τα πλοία ως σημειακές φορτίσεις Ναυπηγία – ΝΔ ΙV (Μαχ) 8ο Εξάμηνο