Laboratorní cvičení 2 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Laboratoř vodohospodářského výzkumu Ústavu vodních staveb

Experimentální úlohy laboratorního cvičení 1. Relativní klid kapaliny 1.1 Teorie 1.2 Experimentální úloha 2. Chování těles v kapalině 2.1 Teorie 2.2 Experimentální úloha

1. Relativní klid kapaliny - otáčivý pohyb nádoby s vodou o volné hladině okolo svislé osy při stálé úhlové rychlosti 1.1 Teorie Tvar hladiny bude záviset na silovém účinku působícím na částice kapaliny v rotující nádobě (rotační symetrie kolem osy z), tedy kde m je hmotnost částice kapaliny, g je tíhové zrychlení ω je úhlová rychlost.

1.2 Experimentální úloha Pohled na stanoviště

Postup měření Změřte úroveň dna nádoby zd. Změřte průměr nádoby d. Změřte úroveň hladiny vody v nádobě zh. Nastavte rychlost otáčení vody v nádobě pomocí frekvenčního měniče tak, aby vrchol paraboly byl nade dnem nádoby. Hodnotu frekvence z frekvenčního měniče si zapište. Počkejte než se jev ustálí (cca 2 min). Změřte po volených úsecích úrovně hladiny v nádobě zi, kde i = 1, 2, …, n; n ≥ 5.

Výpočet změřené hladiny: Použité vztahy Výpočet změřené hladiny: Vypočítáme poloměr nádoby r = d/2 Vypočítáme hloubku vody h = zh – zd. Vypočítáme hloubku vody v rotující nádobě hi = zi – zd. Vypočítáme frekvenci rotace nádoby f = 0,0714 fM (fM je frekvence měniče) Vypočítáme úhlovou rychlost w = 2 p f Výpočet teoretické hladiny: Dle vztahu a vztahu vypočítáme teoretickou hloubku vody hi v rotující nádobě pro stejné úseky xi jako při měření (h bereme z měření).

Měření úrovní hladin: odečet menisku. Měření hrotovým měřidlem: Měření úrovní hladin: odečet menisku. Měření hrotovým měřidlem: kapilární elevace, deprese, vlny.

2. Chování těles v kapalině – působící síly Tíhová síla (tíha tělesa) G [N] je dána hmotností tělesa mt a tíhovým zrychlením g Tíhová síla prochází těžištěm tělesa T. Vztlaková síla Fvz [N] je síla, která nadlehčuje těleso v tekutině (kapalině či plynu). Archimédova věta Těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno vztlakovou silou FVZ, která se rovná tíze kapaliny o objemu ponořené části tělesa W (objemový výtlak) Vztlaková síla prochází těžištěm objemu ponořené části tělesa C.

Chování těles v kapalině Těleso stoupá, těleso se vznáší, těleso klesá. Ponor tělesa tn [m] je nejkratší (obvykle svislá) vzdálenost mezi nejnižším bodem tělesa a hladinou.

Plování těles Stálá (stabilní) rovnovážná plovoucí poloha působiště vztlakové síly C je nad těžištěm tělesa T; působiště vztlakové síly C je pod těžištěm tělesa T, metacentrum M (průsečík svislé plavební osy se vztlakovou silou) je výš než těžiště tělesa T a platí Vratká (labilní) rovnovážná plovoucí poloha. Volná (indiferentní) rovnovážná plovoucí poloha. Nestálá (nestabilní) nerovnovážná plovoucí poloha. tn c a b C Podélná plavební osa Plavební osa (svislá) T M G Fvz hvz

2.2 Experimentální úloha Pohled na stanoviště

Pracovní postup: a) Každý z válců ponořte zcela pod hladinu a pozorujte jejich chování. b) Postupnou změnou poloh plovoucích válců vůči hladině určete počet stabilních poloh. c) Změřte průměr válce d [m] a jeho výšku c [m]. Ponořte jednotlivé plovoucí válce do kapaliny tak, aby osa válce byla svislicí, vyčkejte na stabilní či rovnovážný (za lehkého přidržování z boku) stav a změřte jejich ponor tn1, tn2. Na každý z plovoucích válců postavte neplovoucí válec a změřte jejich společný ponor tn1,3, tn2,3 (válce je nutné vzhledem k nestabilitě celku přidržovat lehce z boku).

Použité vztahy: Objem válce Hustota materiálu stanovená z vážení a měření rozměrů Objemový výtlak Hustota tělesa stanovená z ponoru Hustota tělesa B stanovená z ponoru těles A a B