Закон Архимеда в инженерной формулировке
Тело, погружённое в жидкость, испытывает силу, направленную вверх и равную весу вытесненной им жидкости. Для понтона с погружённым объёмом V это F = ρ V g, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения.
Для 0,2 м³ в пресной воде сила равна 1000 × 0,2 × 9,81 = 1962 Н. Это эквивалентно весу массы около 200 кг. Если понтон погружён наполовину, учитывается только погружённая половина объёма.
Какой объём считать погружённым
Погружённый объём зависит от осадки: чем глубже сидит понтон, тем больше вытесненный объём и сила. Для прямоугольного понтона это произведение площади днища на осадку, а для цилиндрического поплавка — площадь сегмента, умноженная на длину.
Полный объём даёт максимум, до которого сила растёт. Если понтон погружается полностью, дальнейшее добавление груза топит конструкцию, поэтому предельную нагрузку оценивают по осадке до верхней палубы с запасом.
От силы к массе груза
Из выталкивающей силы вычитают вес самого понтона и платформы, а оставшуюся часть делят на g. Для силы 1962 Н и конструкции массой 80 кг: 1962 − 80 × 9,81 = 1177 Н, что соответствует примерно 120 кг груза.
Практическая нагрузка должна быть ниже этого значения. Запас определяют по условиям эксплуатации, волнению и требованиям безопасности, и он значительно превышает точность расчёта. Калькулятор не решает вопрос запаса.
Выбор плотности жидкости
Для пресной воды берут около 1000 кг/м³, для морской — больше, например 1025 кг/м³. В солёной воде тот же погружённый объём создаёт заметно большую силу: для 0,35 м³ получается около 3519 Н.
Плотность зависит от температуры и солёности, поэтому её берут по условиям водоёма. Калькулятор не подставляет значения сам, и вы выбираете их исходя из измерений или справочных данных.
Типичные ошибки
Часто путают массу и силу: результат выводится в ньютонах, а не в килограммах. Чтобы получить эквивалент массы, разделите силу на g. Ещё одна ошибка — подставлять в объём полный размер понтона, хотя часть его над водой.
Нередко забывают, что вода в трюме или на палубе увеличивает вес. Волнение и динамические нагрузки значительно меняют эффективную подъёмную силу, а статический расчёт их не отражает.
Почему одной силы недостаточно
Понтон может иметь достаточную выталкивающую силу и всё же опрокинуться, если груз смещён к борту или центр тяжести расположен высоко. Остойчивость зависит от формы ватерлинии и положения центра тяжести, а не от силы плавучести.
Поэтому при проектировании площадок и пирсов вместе с силой считают запас плавучести, крен при смещении нагрузки и поведение при волнении. Простая формула здесь служит только первым шагом оценки.
Границы применимости и безопасность
Формула описывает только вертикальное равновесие. Остойчивость, крен, посадка, прочность днища и швов, крепление грузов и спасательное оборудование требуют отдельных расчётов и проверок квалифицированными специалистами.
Если на понтоне будут находиться люди, обязательны проект и соблюдение требований безопасности. Данная страница помогает оценить порядок величины и не заменяет инженерное проектирование и испытания.
Формула расчёта
F = ρ · V · g
Проверенные примеры
ρ = 1000 кг/м³, V = 0,2 м³, g = 9,81 м/с².
F = 1000 × 0,2 × 9,81 = 1962 Н, около 200 кгс.
ρ = 1025 кг/м³, V = 0,35 м³.
F = 1025 × 0,35 × 9,81 ≈ 3519 Н.
Как пользоваться онлайн-калькулятором
- Определите, какая часть объёма понтона находится под водой.
- Введите плотность жидкости, погружённый объём и g.
- Нажмите «Вычислить» и получите силу в ньютонах.
- Сравните её с весом понтона и груза, оставив запас на волнение и неточность данных.