Патент на изобретение №2311629

Изобретение относится к водному спорту, к подводной балансировке материалов для снаряжения, оборудования и инвентаря пловца.

По закону Архимеда подъемная плавучесть физического тела в воде равна массе объема жидкости, вытесняемой погруженным телом, умножив которую на удельный вес воды, определяем подъемную Архимедову силу тела. Вычитая из подъемной плавучести массу физического тела определяют вид плавучести: положительная, отрицательная, нулевая. Положительная разность соотношений масс характеризует размер положительной плавучести (ПП) тела, например полиэтилена, и показывает конкретную потребность в размере отрицательной плавучести балласта, необходимом для выведения тела на нулевую плавучесть. Отрицательная разность соотношений характеризует размер отрицательной плавучести (ОП) тела под водой. Например, 100 г свинца под водой, вытесняя 8,82 см³ воды, имеют отрицательную плавучесть -91,18 г, 100 г алюминия имеют -62,96 г, железа -87,29 г. Именно отрицательную плавучесть тела компенсируют таким же размером положительной плавучести, например, воздушной емкости. Подводное использование предметов снаряжения, оборудования, материалов строительства и обустройства требует применения данных по их характеристикам положительной или отрицательной плавучести, которые могут быть получены при разработке устройств прямых замеров показателей плавучести, отсутствующие в настоящее время.

Аналогами предлагаемого технического решения является вертикальное размещение в жидкости воздушной емкости с балластом внизу, нашедшее применение в ареометрах (авт. св. SU №735965, 25.05.1980, G01N 9/12), плотномерах и измерителях объема тела (патент US №3085441, 16.04.1963, 73-450), гидрометрах, спиртометрах, сахаромерах. При разработке поплавка выявлен аналог его заполнения уравновешивающей жидкостью (авт. св. SU №135268, 1961, G01L 13/04), но с другим конструктивным решением и по другому назначению.

Цель изобретения: разработать балансировочный определитель размера положительной или отрицательной плавучести стандартного веса в 100 г твердого (нерастворимого) тела, имитируя натурные условия и используя выемки образцов испытуемого материала.

Указанная цель достигается тем, что в емкость с глубиной более 45 см и диаметром от 20 см (стеклянная банка, аквариум, бак, ведро) заливается вода, в которой будут производиться определения. В нее помещается балансировочный определитель размера положительной или отрицательной плавучести нерастворимого твердого тела. Определитель содержит закрытый измерительный стеклянный или дюралевый, или пластмассовый, или из нержавеющей стали цилиндр с противовесом внизу по отрицательной плавучести, составляющим массу половины объема вытесняемой воды воздушной емкостью цилиндра и включающим вес цилиндра, дренажного проволочного корзинчатого контейнера и возможных припоев на верхнем донце изнутри корзинки контейнера, имеющего два донца, прикрепляющегося к нижней торцевой стенке цилиндра и раскрывающегося нижней половиной для помещения измеряемых образцов твердых тел. При этом цилиндр своей серединой по вертикали находится на границе раздела воздушной и водной сред с возможностью вертикальных передвижений и этот уровень берется за нулевую отметку с разметкой шкалы вверх для определений отрицательной плавучести твердых тел и шкалы вниз для определений положительной плавучести. С тем, чтобы контейнер не касался стенки емкости с водой или с другой жидкостью и для удобства снятия показаний по шкалам цилиндра, предлагается круглый поплавок либо в виде пластины вспененной пластмассы или с воздушной емкостью радиусом 6-8 см, высотой от 1,5 до 2,5 см (внутри поплавка). Поплавок выполнен с центральным отверстием для цилиндра, которым он с небольшим зазором надет на цилиндр, и с регулируемой плавучестью – заливом воды через отверстие с пробкой в верхней плоскости поплавка до уровня, при котором нижний край скошенной выемки верхнего внутреннего края центрального отверстия поплавка совпадает с нулевой отметкой шкал цилиндра на границе раздела двух сред. Замеры производятся в пресной, дистиллированной, морской, искусственной воде или в другой жидкости, к которой балансировочный определитель готовится заранее по необходимым весовым параметрам измерений, размерности цилиндра и балласта, размещения на вертикали цилиндра нулевой отметки, например, с учетом измерений преимущественно отрицательной или положительной плавучести исследуемых физических тел.

Изобретение поясняется чертежом, на котором в наполненной пресной водой круглой стеклянной банке изображен балансировочный определитель положительной или отрицательной плавучести твердого тела. Например, при радиусе, учитывающем внешнюю стенку измерительного цилиндра 1, 17,85 мм площадь поперечного сечения, составляет 10 см², и при высоте в 10 см его нижняя половина в пресной воде вытесняет 100 г воды, что определяет размер отрицательной плавучести противовеса в -100 г. Противовес в виде веса цилиндра, контейнера 2 и возможных припоев в верхнее донце изнутри корзинки контейнера выполнен до общей отрицательной плавучести в -100 г, которая обеспечивает необходимую балансировку половины воздушной емкости цилиндра, его другая половина в 10 см находится над поверхностью воды. На середине вертикали цилиндра на границе раздела воздушной и водной сред делается отметка 3, которая в балансировочном устройстве – определителе является нулевой. От нее для замеров положительной плавучести (ПП+) вниз делается шкала 4 с разметкой каждого сантиметра цифрой с нарастанием на 10 г и внутри сантиметра риской каждого миллиметра отмечается каждый грамм. Шкала вниз доходит до +100 г. Такая же разметка шкалы 5 вверх от 0 до -100 г делается для замеров отрицательной плавучести (ОП-). Для замеров берутся образцы материалов весом 100 г. В случае большего или меньшего 100 г веса образцов для сопоставления между ними делаются по результатам взвешивания пересчеты на 100 г. Если используется поплавок 6, залитый балластной водой 7, то по его нижнему краю 8 скошенной выемки верхнего внутреннего края поплавка с зазором перед цилиндром выполняется съем данных замеров.

Осуществление прямого определения размера положительной или отрицательной плавучести твердого тела заключается в помещении образца этого тела в проволочный корзинчатый контейнер, для чего через верх цилиндра вынимается поплавок, затем из банки вынимается цилиндр с контейнером, в который вкладывается образец. Измерительный цилиндр с содержимым в контейнере опускается в воду, опускается поплавок и производятся замеры по нижнему краю скошенной выемки поплавка.

Балансировочный определитель позволяет работать с прямым показателем положительной или отрицательной плавучести образцов твердых материалов, используемых, например, дайвером под водой, а также различных объектов исследования в отдельных жидкостях.

Формула изобретения

1. Балансировочный определитель плавучести твердого тела, содержащий закрытый измерительный стеклянный, или дюралевый, или пластмассовый или из нержавеющей стали цилиндр с противовесом внизу, по отрицательной плавучести составляющим массу половины объема вытесненной воды воздушной емкостью цилиндра и включающим вес цилиндра, дренажного проволочного корзинчатого контейнера и возможных припоев на верхнем донце изнутри корзинки контейнера, имеющего два донца, прикрепляющегося к нижней торцевой стенке цилиндра и раскрывающегося нижней половиной для помещения измеряемых образцов твердых тел, при этом цилиндр своей серединой по вертикали находится на границе раздела воздушной и водной сред с возможностью вертикальных передвижений, и этот уровень берется за нулевую отметку с разметкой шкалы вверх для определений отрицательной плавучести твердых тел и шкалы вниз для определений положительной плавучести, а также содержащий круглый поплавок с воздушной емкостью, использующийся для снятия показаний по шкалам цилиндра, с регулируемой плавучестью – заливом воды до уровня, при котором нижний край скошенной выемки верхнего внутреннего края центрального отверстия поплавка для цилиндра, с зазором одетого на цилиндр, совпадает с нулевой отметкой шкал цилиндра на границе раздела двух сред.

2. Балансировочный определитель по п.1, отличающийся тем, что при радиусе, учитывающем внешнюю стенку цилиндра, 17,85 мм, площадь поперечного сечения составляет 10 см², и при высоте в 10 см нижняя половина цилиндра в пресной воде вытесняет 100 г воды, что определяет размер отрицательной плавучести противовеса в 100 г для определений у образца твердого тела весом 100 г по разметке шкалы вниз на цилиндре от 0 до +100 г его положительной или шкалы вверх от 0 до -100 г его отрицательной плавучести, при этом поплавок выполняется с радиусом 6-8 см, высотой от 1,5 до 2,5 см с центральным отверстием для цилиндра с зазором перед ним, и залит водой до совпадения нижнего края скошенной выемки поплавка с нулевой отметкой шкал цилиндра на границе раздела двух сред.

РИСУНКИ