浮体平衡的条件和潜体相同,即作用于浮体的重力G与浮力F相等,并且重心D与浮心C在同一条垂直线上。
浮体的稳定性取决于重心D与浮心C的相互位置,物体重心D与浮心C的相互位置可分为三种情况:
①D在C之下,如图2.37(a)所示。浮体如发生倾斜,由于沉没的体积形状发生变化,所以原来平衡时的浮心C变到新的浮心C′的位置上,重心D仍不变,这样在倾斜后,一旦去掉外界干扰,便由F及G组成的转动力矩使浮体恢复到原来位置,这称为稳定平衡。
图2.37 浮体的稳定分析
②D与C重合,如图2.37(b)所示。浮体如发生倾斜,由于浮心C变到C′,所以,立刻产生一个由F及G所组成转动力矩,它与浮体倾斜方向相反,使浮体又恢复到原来位置,亦为稳定平衡。
③D在C之上,这种情况比较复杂,在这里先说明一下定倾中心的概念。浮体发生倾斜时,其浮心C变为新的浮心C′,这时通过浮心C′的浮力作用线与浮体原来平衡时的浮轴的交点,称为定倾中心,以m表示。
重心D在浮心C之上的情况又可根据定倾中心m与重心D的相互位置而分为如下三种情况:
①m在D之上,如图2.37(c)所示,这与图2.37(a)相同,是一种稳定平衡。(www.daowen.com)
②m在D之下,如图2.37(d)所示,浮体倾斜后,F与G组成的转动力矩和倾斜方向相同,因而使浮体继续倾倒,这是一种不稳定平衡。
③m与D重合,如图2.37(e)所示,倾斜后F与G仍在一条直线上不产生力矩,一旦去掉外界干扰,浮体即在新位置上得到平衡,因而这是随遇平衡。
例2.13 有一卧式放空罐,其理论容积52m3,油罐自重35.91kN,若被地下水淹没一半,求油罐所受的实际向上作用力。
解 油罐所受的浮力为
向上的合力为
F=Fz-G=(2.51×105-35.1×103)N=2.16×105N
可见,向上的作用力是很大的,因此,在安装地下油罐时,应尽量避开地下水位高的地方,否则应采取加固措施,防止事故。
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