Enunciado

The deep submergence vehicle ALVIN is 23 ft long and

8.5 ft wide. It weighs about 36,000 lbf in air and ascends

(descends) in the seawater due to about 360 lbf of positive

(negative) buoyancy. Noting that the front face of the ship is

quite different for ascent and descent, (a) estimate the velocity for each direction, in meters per minute. (b) How long

does it take to ascend from its maximum depth of 4500 m?

Passo 1

Saaaalve, tranquilo? Vamos lá resolver mais uma questão juntos?! 😊

a) Densidade da água do mar,

ρ   = 1025   k g / m 3   = 1025   k g   m 3 × 1  slug  14.594   k g × 0.028317   m 3 1 f t 3   = 1.99  slug  / f t 3

Calcule a área de ALVIN:

A = L b

Aqui, é L o comprimento e é b a largura do ALVIN.

A   = 23 × 8.5   = 195.5 f t 2

Passo 2

Calcule a velocidade de descida:

F = C D ,   descida   ρ 2 V d 2 A

Aqui, é a F força de flutuabilidade, é o C D ,   descida   coeficiente de descarga quando o navio está descendo, é a ρ densidade da água do mar, é a V d velocidade decente e A é a área de seção cross do ALVIN.

Substitua 360 l b f para F ,   e   1.99 s l u g / f t 3 para ρ a partir de propriedades da tabela de líquidos comuns, para 195.5 f t 2 e 1 para A (geralmente quando o navio está descendo, a água parece irregular). C D ,   descida  

360   = 1 × 1.99 2 V d 2 × 195.5 V d   = 360 × 2 1.99 × 195.5   = 1.36 f t / s

Passo 3

Converter a unidade de velocidade em m / m i n ,

V d   = 1.36 f t / s   = 1.36 f t s × 0.3048   m 1 f t × 60   s 1   m i n   = 24.87   m / m i n

Portanto, a velocidade de descida do navio é V d = 24.87   m / m i n .

Passo 4

Calcule a velocidade de subida:

F = C D ,   subida   ρ 2 V a 2 A

Aqui, é o C D , subida   coeficiente de descarga quando o navio está subindo e é V a a velocidade de subida.

Substitua 360 l b f slug /ft para F ,   e   1.99 para ρ das propriedades da tabela de líquidos comuns, e 195.5 f t 2 para A (geralmente quando o navio está subindo, a água parece bastante mais suave do que descendo).

360   = 0.68 × 1.99 2 V a 2 × 195.5 V a   = 360 × 2 0.68 × 1.99 × 195.5   = 1.65 f t / s

Passo 5

Converter a unidade de velocidade em m / m i n ,

V a   = 1.36 f t / s   = 1.65 f t s × 0.3048   m 1 f t × 60   s 1   m i n   = 30.17   m / m i n

Portanto, a velocidade de subida do navio é V a = 30.17   m / m i n

Passo 6

b) Calcule o tempo necessário para subir a partir da profundidade de 4500   m :

T = y V a

Aqui, y é a profundidade máxima.

T   = 4500 30.17   = 149.2   m i n   = 2.49   h

Portanto, o tempo necessário para ascender a partir de sua profundidade máxima de 4500   m é T = 2.49   h

Resposta

a) V a = 30.17   m / m i n

b) T = 2.49   h

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