دانلود گزارش کار آزمایشگاه هیدرولیک

آزمایش شماره 1:
نیروهای وارد بر یک جسم غوطه ور یا شناور در یک مایع ساکن

هدف آزمایش:
هدف از این آزمایش بررسی فرمولهای مربوط به نیروی وارد بر یک سطح مغروق و تعیین مرکز فشار می باشد.

شرح دستگاه:
دستگاه مورد آزمایش از تانک معکب مستطیل شکل با سطوح جانبی شفاف و یک جسم معلق به شکل ربع دایره (Quadrant) تشکیل شده است. با اهرم بندی نشان داده شده می توان مقدار نیرویها را حساب کرد. در گشتاورگیری نیروها حول لولا نیروی وارد بر سطح مستطیل شکل به حساب می آید. مقدار این نیرو برابر است با:
(1)
که h فاصله از سطح آزاد تا مرکز سطح، A مساحت صفحه و وزن مخصوص سیال و P مقدار نیروی فشاری وارد بر سطح است. بنابراین ممکن است دو حالت کلی به صورت زیر پیش آید.

الف) غوطه وری جزئی


تئوری آزمایش:
در یک سیال ساکن نیروی وارد بر هر المان سطح A عمود بر آن سطح است. اگر چنین نیروی بر یک سطح صاف وارد شود کلیه نیروهای وارد بر سطح با هم موازیند و در نتیجه مقدار آنها را می توان تنها با یک نیرو بنام نیروی برآیند که در نقطه ای بنام مرکز فشار اثر می کند نشان داد. در حالتی که سطح به صورت خمیده باشد وضع فرق می کند. بسته به طرق مختلف قرارگیری یک سطح دلخواه در یک سیال سه حالت زیر را در نظر می گیریم.

1-سطح صاف تحت فشار یکنواخت
نمونه ای از این مدل، سطح صافی است که بطور افقی در زیر سطح مایعی قرار دارد. در این صورت نیروی وارد بر سطح برابر با می باشد. (A مساحت صفحه و h فاصله عمودی مرکز سطح صفحه از سطح مایع است) و محل اثر آن در مرکز صفحه می باشد.

2-سطح صاف تحت فشار غیریکنواخت
نمونه ای از این مدل صفحه صافی است که تحت زاویه دلخواهی در زیر سطح مایع قرار گرفته است. شکل (3) درا ین حالت مقدار نیروی عمود بر سطح برابر است با:
(1)

که در آن A سطح جسم و h فاصله قائم سطح ازاد سیال تا مرکز سطح صفحه است. محل اعمال این نیرو عبارتست از:
(2)
(3)
 اثبات روابط بالا از کتب سیالات قابل استخراج می باشد.
که در رابطه بالا ممان اینرسی سطح مدل مرکز سطح در راستای x، ممان حاصل ضرب حول مرکز سطح، به مختصات مرکز سطح، A مساحت سطح موردنظر و yp , xp مختصات طول و عرض مرکز فشاری می باشند.
اگر شکل سطح نسبت به محور y ها تقارن داشته باشد صفر و در نتیجه است. در عبارت (2) مقدار مثبت است، لذا مقدار yp همیشه بزرگتر می باشند.
یعنی مراکز فشار همیشه پایین تر از مرکز سطح ارتفاع دارد. از آنجا که جسم مورد بررسی دارای تقارن نسبت به محور y ها است پس در فرمول (2) صفر است و امتداد مرکز فشار در راستای قائم منطبق بر راستای قائم مرکز سطح است.
برای حالت غوطه وری جزئی مقدار برابر است و با گشتاوریری حول لولای O خواهیم داشت:
(4)
در حالت غوطه وری کامل مقدار y برابر است با و با گشتاورگیری حول خواهیم داشت:
(5)
نکته فنی آزمایش:
در گشتاورگیری وزن جسم معلق نیم دایره ای و میله اتصال وارد نشد زیرا با اضافه کردن وزنه‌ای دیگر به انتهای دیگر میله می توان لنگر حاصل از آنها را خنثی و میله را به حالت تعادل قرار داد و وزن آنها از روابط حاصله خارج نمود. این کار باعث تسهیل امر آزمایش خواهد شد.

روش آزمایش:
1-دقت کنید که ظرف در موقعیت افقی قرار داشته باشد.
2-با تغییر موقعیت وزنه تعادل شاخص را در موقعیت افقی قرار دهید.
3-وزنه 900 گرمی را بر روی کفه بالانس قرار دهید و آنقدر آب در داخل ظرف بریزید تا شاخص مجددا به حالت افقی برگردد. مقدار جرم و ارتفاع آب را یادداشت کنید.
4-مقدار جرم M را طبق جدول زیر کاهش دهید و با کاهش حجم آب از طریق شیر تخلیه سیستم را مجددا متعادل و y را یادداشت کنید.

جدول (1): تغییرات جرم بر حسب عمق مایع (غوطه وری کامل)
250 300 350 400 450 500 M(gr)
y(cm)

جدول (2): تغییرات جرم بر حسب عمق مایع (شناوری یا غوطه وری جزئی)
50 75 100 125 150 200 M(gr)
y(cm)

نتایج و محاسبات
1-با استفاده از جدول (1) جدول زیر را تکمیل نمائید.



Y(cm) M(gr)



2- با استفاده از این جدول مسئله شماره یک تغییرات مقادیر ر ابر حسب رسم کنید. شیب و عرض از مبدا این خط را تعیین و با مقادیری که از فرمول (5) بدست می آیند مقایسه کنید. در صورت وجود اختلاف در مورد علل آن توضیح دهید.
3-با استفاده از جدول (3) جدول زیر را پر کنید.

y2 Y(cm) M(gr)


4-با استفاده از جدول مسئله شماره سه تغییرات مقادیر را بر حسب y رسم کنید. شیب و عرض از مبدا این خط را تعیین و با مقادیری که از فرمول (4) بدست می آیند مقایسه کنید.
سئوالات مربوط به آزمایش:
1-چرا در محاسبه گشتاور و نیروهای وارده از طرف مایع بر جسم معلق حول نقطه O فقط نیروهای وارد بر سطح چهارگوش سمت راست در نظر گرفته شده است؟
2-چرا مقدار برای سطحی که نسبت به محور X یا Y تقارن داشته باشد صفر است؟
3-نیروهای وارد بر هر کدام از سطوح را در حالت غوطه وری کامل به صورت پارامتری حساب کنید.
4-نتیجه گیری کلی را از رسم منحنی بیان کنید.
5-روابط (4) و (5) را اثبات کنید.
6-دانستن مرکز فشار در چه مواقعی مهم است و اهمیت آن چیست؟
7-حالات مختلف یک جسم غوطه ور در یک سیال بصورت زیر است:
الف)جر حجمی سیال < جرم="" حجمی="" جسم="">
ب)جرم حجمی سیال = جرم حجمی جسم
ج)جرم حجمی سیال > جرم حجمی جسم
هر یک از حالات فوق را توضیح دهید و معین کنید در هر مرحله جهت تعادل جسم مرکز فشار نسبت به مرکز ثقل O بایستی در چه وضعیتی باشد.

نام آزمایش:
بررسی نیروهای وارد بر جسم غوطه ور و شناور در سیال ساکن