مقاله تحلیلی: ارتفاع فرامرکزی جسم شناور

در این مقاله به طور خلاصه به توضیح یک روش آزمایشگاهی برای محاسبه ارتفاع فرامرکزی یک جسم شناور در آب پرداخته می‌شود.

نقطه‌ای در جسم شناور که باعث نوسان /آن در آب می‌شود، نقطه فرا مرکز یا متاسنتر گفته می‌شود. فاصله بین متاسنتر (M) و مرکز ثقلی (G) جسم شناور، ارتفاع متاسنتر (GM) نام دارد. این فاصله را می‌توان از طریق فرمول زیر محاسبه کرد:

که در آن،

GM، ارتفاع فرامرکزی

w₁، وزن اضافه شده

Y، فاصله w₁  از مرکز

W، وزن جسم شناور

Θ، زاویه شیب

دستگاه‌های مورد نیاز

دستگاه‌های مورد نیاز برای اندازه‌گیری ارتفاع فرامرکزی یک جسم شناور عبارت‌اند از:

• یک مخزن
• یک جسم شناور که یک تیر افقی در وسط و یک نشانگر متحرک روی مقیاس درجه‌بندی‌شده در مرکز تیر افقی
• وزنه

فرآیند آزمایش

روند محاسبه ارتفاع فرامرکزی به شرح زیر است:

• یک مخزن خالی را تا ارتفاع دوسوم از آب پر کنید و ارتفاع آب را با Z1 مشخص کنید.
• حال جسم مورد نظر را روی آب شناور کنید و سطح آب بالا آمده را با نماد Z2 مشخص کنید.
• جسم شناور را به گونه‌ای تنظیم کنید که نشانگر نقطه صفر را روی مقیاس نشان دهد.
• سپس وزنه (w1) را روی تیر افقی و در فاصله معین Y از مرکز تیر قرار دهید.
• حال جسم شناور کج می‌شود و به این صورت با سطح آب زاویه‌ای می‌سازد. این زاویه را از روی مقیاس درجه‌بندی‌شده بخوانید و یادداشت کنید.
• همین روند را 4 بار تکرار کنید به‌طوری‌که بار اعمالی ثابت و فاصله متغیر است و یا فاصله ثابت و بار متغیر خواهد بود.
• در اینجا فاصله ثابت فرض شده (Y) و تنها وزن اعمالی متغیر است.
• درنهایت ارتفاع متاسنتر را با استفاده از فرمول ارائه شده محاسبه کنید.

 مشاهدات

ارتفاع سطح آب در تانک، Z1 : ...

ارتفاع سطح آب در تانک بعد از قرارگیری جسم شناور، Z2: ...

وزن جسم شناور، W : حجم × چگالی آب

فرمول محاسبه ارتفاع متاسنتر (GM) جسم شناور برابر است با:

ارتفاع متاسنتر را برای 5 وزن مختلف محاسبه کنید و سپس میانگین بگیرید تا نتیجه حاصل شود.

 منبع

 نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

 اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.