Khái quát, lực trọng trường và lực thủy tĩnh
Hình dáng và kích thước ngư cụ đang hoạt động thì phụ thuộc vào độ lớn và hướng của ngoại lực tác động lên nó. Các ngoại lực này ( Hình 1 ) gồm: lực trọng trường ; lực thủy tĩnh ; lực thủy động ; lực phản ứng nền đáy ; lực ma sát nền ...
Hình dáng và kích thước ngư cụ đang hoạt động thì phụ thuộc vào độ lớn và hướng của ngoại lực tác động lên nó. Các ngoại lực này (Hình1) gồm: lực trọng trường; lực thủy tĩnh; lực thủy động; lực phản ứng nền đáy; lực ma sát nền đáy; lực tạo ra bởi cá; các lực tải do thiết bị; và các lực khác do bởi hoạt động của máy móc khai thác. Khi ngư cụ vận động không ổn định, như bị chồng chành, lắc lư và tốc độ thay đổi, thì các lực quán tính và xung lực cũng là ngoại lực tác động lên ngư cụ.
Các ngoại lực tác dụng lên ngư cụ
Tùy ngư cụ và phương thức hoạt động mà có các kiểu ngoại lực khác nhau tác dụng lên nó. Để đơn giản cho tính toán, ta chỉ nên xét là có các lực nào là chủ yếu, chi phối đến ngư cụ, còn các lực không ảnh hưởng lớn đến ngư cụ thì có thể bỏ qua.
Lực trọng trường và lực thủy tĩnh có thể được phân bố dọc theo bề mặt của lưới và dọc theo chiều dài dây giềng, hoặc tập trung tại các phao, chì, con lăn,... Lực trọng trường (W) thì hướng xuống, lực nổi hay lực nâng thủy tĩnh (B) lại hướng lên (H 2.1). Thông thường W và B thì không bằng nhau và sự khác biệt của chúng là:
Q = W – B (2.1)
Q là trọng lượng nổi hay trọng lượng trong nước của vật thể sẽ chìm. Nếu Q là dương thì vật thể chìm, Q là âm thì vật thể sẽ nổi. Lực trọng trường (W) và lực thủy tĩnh (B) đối với vật thể đồng nhất có thể được diễn tả như
W = γ . V (2.2)
B = γw . V (2.3)
ở đây: V - là khối lượng của vật thể (m3);
γ - là trọng lượng riêng của vật thể (kg/m3);
γw - là trọng lượng riêng của nước. Đối với nước ngọt γw = 1000 kg/m3 và đối với nước biển γw = 1025 kg/m3.
Công thức (2.1) cũng đúng đối với các vật thể không đồng nhất (rỗng bên trong), chẳng hạn như phao và các vật nổi khác.
Nếu chỉ cần tính lực trọng trường W, theo công thức (2.2) ta chỉ cần lấy thể tích ngoài, nhưng nếu cần tính lực nâng thủy tĩnh theo công thức (2.3) thì tổng khối lượng vật thể phải được tính. Không nên dùng (2.2) để tính trọng lượng lưới, bởi khó có thể có được thể tích lưới thật sự.
Nếu biết trọng lượng của vật thể trong không khí, ta có thể tính trọng lượng nổi của nó trong nước theo theo công thức sau:
Q = Eγ . W (2.4)
ở đây: W - là trọng lượng của vật thể đồng nhất trong không khí (kg),
Eγ - là hệ số lực nổi (hoặc sức chìm), nghĩa là lực làm nâng lên hoặc làm chìm xuống trong nước trên 1 kg khối vật chất được cho, được tính như sau:
Ey=γ−γwγ=1−γwγ size 12{E rSub { size 8{y} } = { {γ - γ rSub { size 8{w} } } over {γ} } =1 - { {γ rSub { size 8{w} } } over {γ} } } {} (2.5)
Đối với vật liệu nổi thì γ < γw; và đối với vật liệu chìm thì γ > γw. Do vậy, Eγ thì âm đối với phao, nhưng dương đối với chì (xem Bảng1).
Bảng 1: Trọng lượng riêng và hệ số lực nổi hoặc sức chìm của một vài vật liệu ngư cụ
Thí dụ 1
Tính tổng lực nổi của giềng phao lưới vây rút chì có trang bị 1500 phao xốp. Biết rằng trọng lượng trong không khí của mỗi phao xốp là 0,2 kg.
Giải:
Tổng trọng lượng của các phao trong không khí là:
W = 0,2 x 1500 = 300 kg
Sức nổi riêng Eγ của phao xốp có thể được tính theo công thức (2.5) hoặc được tra từ Bảng 2.1 suy luận từ phao plastic bọt. Ở thí dụ này ta lấy: Eγ = – 6.
Theo công thức (2.4), tổng lực nổi Q của phao trên viền phao là:
Q = -6 x 300 = -1800 kg, âm hay nổi
Thí dụ 2
Cần bao nhiêu viên chì bằng sét nung để lắp vào giềng chì của một vàng lưới để tạo ra được lực chìm là 10 kg, nếu trọng lượng của 1 viên chì trong không khí là 0,5 kg.
Giải:
Trọng lượng của 1 viên chì bằng sét nung trong nước có thể được tính dựa theo hệ số chìm Eγ. Từ Bảng 2.1, ta có: Eγ = +0,55
Theo công thức (2.4), trọng lượng nổi của 1 viên chì trong nước là:
0,55 x 0,5 = 0,28 kgs, dương hay hướng xuống
Vậy, số chì cần thiết là: 10/0,28 = 36 viên chì
Thí dụ 3
Tính trọng lượng nổi của 1 ván lưới kéo hình chữ nhật (3,0 x 1,5 x 0,08) m, ván nặng 1100 kg trong không khí.
Giải:
Để tính trọng lượng Q của ván trong nước ta có thể áp dụng công thức (2.1), nhưng trước hết ta cần tính lực nâng thủy tĩnh B. Thể tích V của ván là:
V = 3 x 1,5 x 0,08 = 0,36 m3
và chọn trọng lượng riêng của nước là 1000 kg/m3, do đó:
B = 1000 x 0,36 = 360 kg
Vậy trọng lượng nổi của ván trong nước tính theo (2.1) là:
Q = W - B = 1100 – 360 = 740 kg
