Нейтральная плавучесть

Энергетический запас человека

2.1.В воздушной среде. Человек обладает определенным и ограниченным внутренним энергетическим запасом, иными словами – запасом собственных сил. Потенциальная энергия (Еп) человека (тела человека), поднятого на определенную высоту, равна работе по его поднятию на эту высоту, т.е

Еп = А = Р * h, Р – вес человека.

Если он не удержался на этой высоте, то он падает на землю с ускорением свободного падения g = 9,8 м/сек² сила притяжения Земли (гравитационная сила) на земле Еп переходит в Ек – кинетическую энергию Ек = mv²⁄2, где m – масса тела человека, (кг), v – скорость падения (м/сек). V = g х t, а g – ускорение свободного падения тела = 9.8 (м²/сек), t – время падения (сек). При падении с большой высоты силы сопротивления тела человека с поверхностью земли могут превышать допустимые пределы, за которыми происходит перелом костей человека, обрыв внутренних органов и их разрушение, сотрясение человеческого мозга, различные травмы поверхности тела (кожи) и мышц.

2.2.В водной среде. Для пребывания в открытой воде человеку необходим запас энергии для того, чтобы:

- удержаться на поверхности воды;

- не переохладиться;

- не перегреться.

3. Основные требования к обеспечению безопасности на воде – знать причинно-следственный механизм возникновения «ЧП на воде» и неукоснительно следовать ему!

4. Основные правила безопасности на воде

Народная мудрость: «Не знаешь броду – не лезь в воду!». Помни её и следуй ей!

1. Знать о воде и об опасностях на воде и в воде.

2. Уметь плавать и спасаться.

3. Не входить в незнакомую воду.

4. Отказаться от баловства на воде.

5. Страховка обязательно:

- применение основных средств обеспечения безопасности человека на воде;

- вспомогательные (подручные) средства удержания тела на поверхности воды;

6. Должно быть Особое отношение к плавательным средствам.

7. Должно быть Особое отношение к местам с отсутствием людей.

8. Интуиция!! Обязательно прислушиваться к своему «внутреннему голосу».

Рис. Причинно-следственный механизм возникновения «ЧП на воде»

Закон Архимеда и понятие «плавучесть тела»

Древнегреческий учёный Архимед сформулировал закон, по которому погружённое тело плавает в равновесии, когда его вес равен весу вытесненного им объёма жидкости.

При этом сила выталкивания, по природе сила давления, зависит от плотности жидкости (ρfluid), а вес (Gravity) от плотности тела (ρobject). Обе силы являются равнодействующими распределённых нагрузок. Понятно, что чем выше плотность жидкости, тем меньшая часть тела погрузится до равновесия. Наоборот, чем больше плотность тела при заданном объёме, тем больше его масса m, и тем глубже оно погрузится.

При отсутствии поверхностного натяжения, уравнение равновесия плавающего тела будет выглядеть:

где Pobject — вес тела, g — ускорение свободного падения, Pim — вес погружённого тела.

Считают, что Архимед вывел этот закон, решая задачу определения плотности тела, не прибегая к объёмам. По легенде, ему требовалось узнать, из золота ли сделана корона, весившая столько же, сколько золотой слиток. Прямо измерить объём короны он не мог из-за её сложной формы

Запас плавучести

Под плавучестью корабля понимают его способность оставаться на плаву при заданной нагрузке. Эта способность характеризуется запасом плавучести, который выражается как процент объёма водонепроницаемых отсеков выше ватерлинии к общему водонепроницаемому объёму. Любое нарушение непроницаемости ведёт к снижению запаса плавучести. Для корабля (судна), у которого корпус водонепроницаем по главную палубу:

W = Vн / Vo * 100 ,

где Vн — объём подпалубных помещений над ватерлинией, Vo — весь объём подпалубных помещений.

Уравнение равновесия в этом случае имеет вид:

P = γ (Vo−Vн) , или:

P = γ V

где P — вес судна, γ — плотность воды, V — погружённый объём, и называется основным уравнением плавучести

Из него следует:

- при неизменной плотности γ изменение нагрузки P сопровождается пропорциональным изменением погружённого объёма V до достижения нового положения равновесия. То есть, при увеличении нагрузки судно «садится» в воду глубже, при уменьшении всплывает выше;

- при неизменной нагрузке P изменение плотности γ сопровождается обратно пропорциональным изменением погружённого объёма V. Так, в пресной воде судно сидит глубже, чем в солёной;

- изменение объёма V при прочих равных сопровождается изменением осадки. Например, при балластировке забортной водой или аварийном затоплении отсеков можно считать, что судно не приняло груз, а уменьшило погружённый объём, и осадка увеличилась — судно сидит глубже. При откачке воды происходит обратное.

Физический смысл запаса плавучести — это объём воды, который судно может принять (скажем, при затоплении отсеков), ещё оставаясь на плаву. Запас плавучести 50 % значит, что водонепроницаемый объём выше ватерлинии равен объёму ниже неё. Для надводных кораблей характерны запасы 50÷60 % и выше. Считается, что чем бо́льший запас удалось получить при постройке, тем лучше.

Нейтральная плавучесть

Когда объём принятой воды (для надводного корабля) в точности равен запасу плавучести, считается что плавучесть утеряна — запас равен 0 %. Действительно, в этот момент корабль погружается по главную палубу и находится в неустойчивом состоянии, когда любое внешнее воздействие может вызвать его уход под воду. А в воздействиях, как правило, недостатка нет. В теории этот случай называется нейтральная плавучесть.