Zadanie 3.doc

(295 KB) Pobierz
Zadanie 3 / a

Zadanie 3 / a

 

Zbiornik wody jest zamknięty obrotowa klapą wygiętą w kształcie ćwiartki walca kołowego o promieniu r i długości l (mierzonej prostopadle do płaszczyzny rysunku). Określić wypadkową parcia wody na klapę i punkt przyłożenia wypadkowej.

 

 

Parcie cieczy:

gdzie:

h – wysokość napełnienia naczynia

γ – ciężar właściwy cieczy

              g = r × g

F – powierzchnia na którą działa parcie

 

 

Odp.

Po podstawieniu danych geometrycznych z rysunku do wzoru na obliczenie parcia cieczy otrzymamy:

 

Składowe poziome parcia:

Składowe pionowe parcia:

 

Z uwagi na fakt, że parcia przechodzą przez oś, której śladem jest punkt 01, ich wypadkowa również przechodzi przez tę oś tworząc kąt określony zależnością:

 

 

Zadanie 3 / b

 

Zbiornik wody jest zamknięty obrotowa klapą wygiętą w kształcie ćwiartki walca kołowego o promieniu r i długości l (mierzonej prostopadle do płaszczyzny rysunku). Określić wypadkową parcia wody na klapę i punkt przyłożenia wypadkowej.

 

 

Parcie cieczy:

gdzie:

h – wysokość napełnienia naczynia

γ – ciężar właściwy cieczy

              g = r × g

F – powierzchnia na którą działa parcie

 

 

Odp.

Po podstawieniu danych geometrycznych z rysunku do wzoru na obliczenie parcia cieczy otrzymamy:

 

Składowe poziome parcia:

Składowe pionowe parcia:

 

Z uwagi na fakt, że parcia przechodzą przez oś, której śladem jest punkt 01, ich wypadkowa również przechodzi przez tę oś tworząc kąt określony zależnością:

 

Zadanie 3 / c

 

W pionowej przegrodzie zbiornika rozdzielającego dwie różne ciecze umieszczono na poziomej osi walec o promieniu równym r i długości l (mierzonej prostopadle do płaszczyzny rysunku). Wyznaczyć parcie działające na powierzchnie walca i określić punkt przyłożenia tej wypadkowej.

Parcie cieczy:

gdzie:

h – wysokość napełnienia naczynia

γ – ciężar właściwy cieczy

              g = r × g

F – powierzchnia na którą działa parcie

 

Z geometrii układu oraz wzoru na parcie otrzymujemy:

 

 

 

 

 

 

Odp.

Ostatecznie otrzymujemy:

 

Składowa pozioma parcia:

 

Składowa pionowa parcia:

 

Walec będzie znajdował się w spoczynku gdy parcie wypadkowe będzie przechodzić przez oś tworząc z poziomem kąt α:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zadanie 3 / d

 

Stożkowy zawór przelewowy o wysokości h, średnicy podstawy D i ciężarze Q, mający półkoliste „wybranie” o średnicy d, zamyka przepływ wody między komorami zbiornika. Wyznaczyć wysokość napełnienia lewej części zbiornika, dla której nastąpi otwarcie zaworu.

 

Siła parcia cieczy w lewej części zbiornika działająca na pole podstawy zaworu:

Siła parcia cieczy działająca w postaci walca o podstawie okręgu o średnicy D i wysokości H

Siła parcia cieczy o objętości zadanego stożka:

Siła parcia od cieczy znajdującej się wewnątrz półkuli:

Ciężar stożka z wydrążoną półkulą:

 

Ostatecznie równanie pozwalające nam obliczyć poszukiwaną wartość przyjmie postać:

 

 

Rozwiązanie go nastąpi poprzez wyznaczenie poszukiwanej wysokości z, dla której nastąpi otwarcie zaworu:

 

 

Odp.

Napełnienie lewej części zbiornika dla której nastąpi otwarcie się zaworu można przedstawić następującym wzorem:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zadanie 3 / e

 

Stożkowa zwężka rurowa (o wymiarach podanych na rysunku), spoczywająca na poziomej płaszczyźnie, jest wypełniona częściowo cieczą. Określić przy jakiej wysokości napełnienia z cieczy parcie cieczy działającej na pobocznicę zwężki zrównoważy jej ciężar Q.

Parcie pionowe cieczy działające na pobocznicę zwężki równa się  różnicy ciężaru cieczy zawartej w walcu o podstawie D i wysokości z oraz ciężaru cieczy zawartej w rozważanej zwężce:

 

Objętość cieczy zawartej w walcu o podstawie D i wysokości z:

Objętość cieczy w zwężce:

Parcie pionowe cieczy będzie równe:

 

Podstawiając , oraz z warunków geometrycznych wyznaczając dz otrzymujemy równanie określające poszukiwaną wysokość:

Z podobieństwa trójkątów wiadomo że:

 

Stąd równanie określające poszukiwaną wysokość:

 

 

Odp.

Ostatecznie parcie pionowe cieczy będzie równe:

Natomiast równanie określające poszukiwaną wysokość będzie wyglądać następująco:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zadanie 3 / f

 

Naczynie półkoliste o średnicy D napełniono całkowicie cieczą i przykryto szklaną płytą. Naczynie odwrócono i położono na płaskiej poziomej powierzchni . Wyznaczyć ciężar Q naczynia, jaki może zapobiec podniesieniu go przez parcie zawartej w nim cieczy.

Parcie cieczy:

gdzie:

h – wysokość napełnienia naczynia

γ – ciężar właściwy cieczy

              g = r × g

F – powierzchnia na którą działa parcie

 

Objętość walca o podstawie okręgu o średnicy D i wysokości D/2:

             

Objętość półkuli:

             

 

Odp.

Parcie cieczy musi zrównoważyć ciężar naczynia, stąd:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zadanie 3 / g

 

Część ściany bocznej zbiornika jest uformowana w kształcie ćwiartki stożka. Wyznaczyć parcie wywierane przez ciecz wypełniającą zbiornik do wysokości h na pobocznicę stożka.

 

 

Z geometrii rysunku otrzymamy parcie Px i Pz dla przyjętego układu współrzędnych:

 

Objętość ćwiartki stożka ściętego:

- parcie poziome

- parcie pionowe

 

Parcie wypadkowe wynosi:

 

             

 

             

 

 

 

 

 

Odp.

Ostatecznie:

gdzie:

 

 

 

 

 

12

 

Zgłoś jeśli naruszono regulamin