Vynoření rotačního kužele
Rotační kužel výšky , poloměru podstavy je ponořen ve válcové nádobě (poloměr podstavy ), jeho špička se dotýká hladiny. Určete práci síly potřebnou k vynoření kužele tak, aby se jeho podstava dotýkala hladiny.
Dáno:
Řešení:
V obecné poloze kužele platí rovnice rovnováhy
 |
(1) |
kde
 |
(2) |
je tíhová síla kužele,
 |
(3) |
je síla vztlaková, míra z je vzdálenost špičky kužele od nové hladiny, poloměr řezu kužele v této vzdálenosti.
Z podobnosti trojúhelníků (obr. 2) platí
 |
(4) |
Při vynořování kužele klesá hladina kapaliny v nádobě - vynořená špička kužele o výšce vzhledem k původní výšce uvolnila objem v nádobě (rovnost vyšrafovaných objemů); platí
 |
(5) |
odtud vyjde po úpravě
do toho vztahu dosadíme z rovnice
 |
(6) |
Vrátíme se k vztlakové síle , kde po dosazení bude
Hledaná mechanická práce je
 |
(7) |
Nyní zderivujeme rovnici
a odtud
a tento výraz dosadíme do
Došlo ke změně horní meze integrálu, protože jsme integrovali podle z.
Poznámka:
Pro případ konstantní výšky , t.j. (jezero, moře), vyjde
Zpracoval: Radek Zbončák
|