TECHNIKI WĘDKARSKIE > Spławik
Fizyka spławika - spławik i jego czułość
Luk:
Wątek ten dotyczy "fizyki spławika". Temat w świetnym artykule "Czułość spławika" opisał Marian.
Zachęcam do lektury artykułów i do dyskusji!
https://splawikigrunt.pl/artykuly-i-porady/splawik/splawik-i-jego-czulosc
Jeżeli macie jakiekolwiek pytania do autora, zadawajcie je właśnie tutaj.
StefanKS:
Ja pytań nie mam, za to podziękowania za tak przydatny tekst :) Myśle, że przyda się wielu osobom.
koko:
Niektórzy wędkarze budują własne spławiki. Najlepsze będą z materiałów o najmniejszej gęstości, ponieważ wtedy będzie również najmniejszy stosunek wagi i objętości spławika do uzyskanej wyporności użytkowej.
Podany niżej sposób pozwala na proste i szybkie pomierzenie gęstości podłużnych elementów potrzebnych do budowy spławików, typu belka do obróbki na korpus lub antena. Można także pomierzyć jaki jest ten parametr w posiadanych gotowych spławikach o kształcie ołówka.
Warunkiem uzyskania dobrego wyniku jest stały przekrój mierzonego elementu na całej jego długości. :)
Do pomiaru potrzebne jest napełnione do pełna wodą naczynie wymuszające swobodne pionowe pływanie tego co chcemy zmierzyć. Dla spławików i antenek może to być butelka z wąską i długą szyjką. Po włożeniu elementu do naczynia mierzymy długość odcinka wystającego nad wodę.
Gęstość g w [g/cm3] obiektu pomiaru wyliczymy ze wzoru :
g= ( L-h ) / L
gdzie
L jest długością całkowitą elementu mierzonego ,
h jest długością odcinka nad wodą
obie wielkości w [cm].
W przypadku np. pałki wodnej lub stosiny pióra, wykazujących niewielkie zmiany przekroju, można pomiar wykonać zanurzając je z jednego i drugiego końca i wyliczyć średnią z uzyskanych gęstości. :)
Przypis administratora:
Tworząc powyższy wzór, Marian przyjął, że gęstość ciała zanurzonego w cieczy ma się tak do gęstości tej cieczy, jak objętość części zanurzonej do objętości całkowitej tego ciała.
Wynika to stąd, że skoro ciało pływa, to siła ciężkości działająca na to ciało jest równoważona przez siłę wyporu. Pomijając czynniki przyspieszenia ziemskiego, można ograniczyć się jedynie do masy.
Masa ciała, czyli jego gęstość * objętość = masa wody wypartej przez to ciało (z prawa Archimedesa), czyli gęstość wody * objętość wypartej wody.
Gc * Vc = Gw * Vw
Zaś objętość wypartej wody (Vw) równa się objętości części zanurzonej ciała (Vz).
Gc * Vc = Gw * Vz
Gęstość wody to ok. 1 g/cm3, zaś objętość części zanurzonej (Vz) to całkowita objętość ciała (Vc) pomniejszona o objętość części wystającej nad wodę (Vw).
Gc * Vc = 1 * (Vc - Vw)
Gc = (Vc - Vw) / Vc
Jeśli ciało ma jednakowy kształt na całej długości (można przyjąć, że taki ołówkowy spławik jest walcem), to zamiast objętości, możemy przyjąć tylko jego długość.
Stąd właśnie Gc = (Lc - Lw) / Lc
koko:
Każdy spławik który stosujemy powinien mieć cechy użytkowe przydatne dla naszego sposobu łowienia i aktualnych potrzeb. Do takich cech można zaliczyć między innymi stabilność w wodzie rozumianą jako odporność spławika na odchylenia od pionu oraz zdolność do pokazywania brań podnoszonych.
Niedawno zacząłem przerabiać zakupione spławiki typu waggler/slider o małych wypornościach. Przeróbki polegały na stosowaniu cienkich i długich antenek przy małych wypornościach aby uzyskać założone własności użytkowe. Przy takich cechach budowy spławika pojawiły się problemy ze stabilnością. Swoimi przemyśleniami związanymi z tym problemem chciałbym się podzielić w niniejszym opracowaniu. :)
Stabilność spławika , rozumiana jak wyżej, związana jest bezpośrednio z jego zdolnością do wyraźnego pokazywania brań podnoszonych. Przy braniach tego rodzaju chodzi nam często o to aby podniesienie śruciny sygnalizacyjnej przez rybę powodowało duże, widoczne z daleka, wynurzenie się antenki. W zakresie takiego wynurzenia spławik powinien zachować stabilną pozycję pionową, a nie kłaść się na wodę. Kupując nowy, nieznany jeszcze spławik nie wiemy jaki jest ten zakres. Producenci nie podają tego typu informacji. Im większy zakres możliwego stabilnego wynurzenia tym także większa jest stabilność spławika w roboczym zanurzeniu.
Od czego zależą tego typu cechy spławika?
W każdym spławiku, a także w układzie spławik-obciążenie można wyróżnić dwa środki: środek ciężkości i środek wyporności. Wyporność rozumiana jest tutaj jako siła działająca do góry w wodzie na objętość spławika znajdującą się aktualnie poniżej lustra wody. Nie należy mylić tego pojęcia w niniejszych rozważaniach z wypornością użytkową spławika rozumianą jako obciążenie ołowiem potrzebne do jego wyważenia.
Środek ciężkości to punkt w którym podparty poziomo spławik lub układ spławika z obciążeniem wyważającym są w równowadze.
Środek wyporności spławika zewnętrznie nieobciążonego, to zarazem jego środek geometryczny. W przypadku spławika jednorodnego, tj. wykonanego w całości z materiału o takiej samej gęstości oraz bez dodatkowego obciążenia, w tym również własnego, środek ciężkości pokrywa się ze środkiem wyporności. Nieobciążony spławik będzie leżał na wodzie.
Dodanie obciążenia powoduje zanurzenie się spławika. Oba środki zmienią swoje położenie i to w przeciwne strony. Środek ciężkości w dół, bo dodajemy niżej ciężar. Środek wyporności w górę, bo przytapiana jest dodatkowa objętość spławika. Im mniej spławika wystaje nad wodę tym odległość pomiędzy tymi środkami będzie większa.
Siła wyporności elementów spławika znajdującego się pod lustrem wody działa w górę, ciężar całego spławika wraz z jego obciążeniem działa w dół. Siły te równoważą się i spławik jest w jakimś zanurzeniu roboczym. Jednak warunkiem przyjęcia przez spławik pozycji pionowej jest aby jego środek ciężkości znajdował się poniżej środka wyporności . Stabilność takiej pozycji rośnie wraz z łącznym ciężarem spławika i jego zewnętrznego obciążenia oraz rośnie wraz z odległością pomiędzy środkami.
Generalnie stabilność ta zależy od iloczynu tych dwóch wielkości, czyli odległości pomiędzy środkami i ciężaru całości. Przy takiej samej odległości pomiędzy środkami stabilniejszy więc będzie, w sensie utrzymywania pionu, obciążony spławik o większej wyporności.
Spławik możemy obciążyć częściowo w końcówce jego korpusu oraz dodatkowo w postaci wyważenia na żyłce lub tylko na żyłce. Z punktu widzenia wielkości przesunięcia w dół środka ciężkości lepszym rozwiązaniem jest zawsze obciążenie tylko na żyłce, ponieważ jest ono skupione na końcu w najbardziej skrajnym dolnym punkcie spławika.
Nie ma znaczenia czy obciążenie znajdzie się na żyłce połączonej ze spławikiem kilka metrów poniżej od niego czy bezpośrednio fizycznie przy nim. Obciążenie spławika na żyłce powoduje takie samo przesunięcie środka ciężkości spławika jak w sytuacji gdyby było na jego dolnym końcu. Natomiast obciążenie własne w korpusie zawsze będzie znajdować się w pewnej odległości od końca spławika i przesunięcie środka ciężkości w dół będzie mniejsze. Tak więc z dwóch wyważonych spławików o takiej samej budowie i takiej samej wyporności wynikowej, np. spławik 5+2 g i spławik 7 g, stabilniejszy na wodzie jest spławik 7 g, czyli bez własnego obciążenia. :o W przypadku spławików ołówkowych różnice te będą niewielkie i praktycznie bez większego znaczenia, natomiast w spławikach typu slider mogą być istotne.
Wbudowując lub dodając do spławika obciążenie wymuszające jego zanurzenie do wielkości zapewniającej położenie środka wyporności wyżej niż ciężkości uzyskamy spławik, który będzie stał pionowo w wodzie niezależnie od obciążenia zewnętrznego. :)
Jeśli spławikowi zmniejszymy obciążenie do wartości przy której środek ciężkości znajdzie się powyżej środka wyporności, to straci on stabilność i pochyli się w stosunku do powierzchni wody. Pozycja pochylona jest stabilna przy zmniejszaniu obciążenia w zakresie wymuszenia niewielkiej odległości pomiędzy środkami. Im większa wymuszona odległość przez zmniejszenie obciążenia tym spławik pochyla się bardziej, aż do położenia się na wodę. Podniesienie się leżącego na wodzie spławika wymaga większego obciążenia niż to przy którym spławik stracił pionową stabilność i różnica ta w odniesieniu do wynurzenia antenki może wynosić kilka centymetrów. Odpowiedzialne jest za to napięcie powierzchniowe przytrzymujące na wodzie leżącą antenę spławika. Może się więc zdarzyć, że przy pewnym obciążeniu i wymuszeniu spławik stoi pionowo, ale po zarzuceniu leży na wodzie i nie wstaje. :( Odtłuszczenie anteny bardzo wyraźnie zmniejsza to zjawisko.
Spławiki typu ołówek
Dla spławika o kształcie ołówka poddającego się łatwo obliczeniom, środek wyporności znajduje się dokładnie w połowie długości zanurzonej części spławika, a środek ciężkości znajduje się poniżej połowy długości całego spławika.. Na Rys.1 pokazane są, z zachowaniem rzeczywistych proporcji, położenia tych punktów przy różnych zanurzeniach spławika wymuszonych przez obciążenie. Gdzie znajduje się środek ciężkości obciążonego spławika możemy orientacyjnie oszacować znajdując przy poziomej pozycji spławika punkt podparcia w którym jest on stabilny.
Rys.1 Położenie środka ciężkości i wyporności spławika o gęstości 0,4 g/cm3 przy różnych obciążeniach.
Na Rys.2 pokazana jest dla spławika typu ołówek zależność położenia środka ciężkości i środka wyporności w stosunku do jego dolnego końca od długości odcinka spławika wystającego nad wodę. Gęstości materiału spławika równa jest 0,4 g/cm3. Położenia te oraz odcinek wystający nad wodę wyrażone są w procentach długości spławika. Tak więc przykładowo jeśli spławik miałby długość 30 cm, to przy wynurzeniu jego antenki równemu 20% czyli konkretnie 6 cm jego środek ciężkości będzie w odległości 25% długości spławika od dołu czyli 7,5 cm, a środek wyporności w odległości 40% czyli 12 cm. Jak widać z wykresów im mniej spławika wystaje nad wodę (większe jest jego obciążenie wyważające), tym większa jest odległość pomiędzy dwoma środkami i środek ciężkości znajduje się niżej niż środek wyporności . Przy wynurzeniu równym ok. 37% (11 cm) oba środki pokrywają się i są w odległości 31,7 % (9,5cm) od dolnego końca spławika. Dalsze zmniejszanie obciążenia spławika i większe jego wynurzenie będzie powodować przechylenie się spławika i w końcu położenie na wodzie. :(
Rys.2 Zależność położenia środka ciężkości "c" i wyporności "w" od wynurzenia dla spławika o gęstości 0,4 g/cm3. Osie opisane w % długości spławika. Środki mierzone od dołu spławika.
Cechą znamienną zależności położenia obu środków od stopnia wynurzenia spławika jest niezależność od wyporności użytkowej spławika, a więc masy całości oraz brak wpływu na to średnicy spławika. Jedynym czynnikiem wpływającym na te zależności i decydującym w konsekwencji jaka maksymalnie część spławika może wystawać stabilnie nad wodę jest gęstość materiału spławika.
Na Rys.3 pokazane są dwa wykresy. Jeden, niebieski „st”, to zależność maksymalnego pionowego wynurzenia, czyli granicznej stabilności spławika od gęstości spławika. Przy tym wynurzeniu oba środki spławika pokrywają się. Drugi wykres, czerwony „wy” pokazuje wynurzenie nieobciążonego spławika w zależności od gęstości. Tutaj także wynurzenia wyrażone są w procentach długości spławika.
Rys.3 Zależność wynurzenia spławika od gęstości spławika typu ołówek
oś pozioma w [ g/cm3 ] oś pionowa w % długości spławika
st – wykres maksymalnego wynurzenia stabilnego
wy – wykres wynurzenia spławika nieobciążonego
Jak widać z wykresu im mniejsza gęstość materiału tym większe jest możliwe stabilne wynurzenie spławika. Przykładowo dla gęstości spławika 0,3 g/cm3 jego maksymalne stabilne wynurzenie to ok. 45% jego długości , a 70% długości nieobciążonego spławika wystaje nad wodę. Oczywiście spławik nieobciążony trzeba przytrzymać, bo jest on w zakresie niestabilności i bez przytrzymania położy się (piszę o tym w poprzednim wpisie w tym wątku). Spławik o mniejszej gęstości będzie także stabilniejszy przy takim samym wyważeniu niż spławik z materiału cięższego. :)
Spławiki z kilami
W spławikach przeznaczonych do tyczki, bata lub rzecznych położenie środka wyporności będzie tym wyżej i m bardziej skupiony jest korpus. Najwyżej będzie przy korpusie kulistym.
Dla spławika wyważonego do podstawy antenki i mającego symetryczny korpus środek wyporności znajdzie się nieco poniżej środka jego korpusu, patrz Rys.4. Obniża ten środek objętość kila, im ma większą średnicę i długość tym bardziej.
Położenie środka ciężkości będzie zależało głównie od gęstości korpusu oraz rozmiarów i wagi antenki oraz kila . Im mniejsza gęstość korpusu tym środek ciężkości jest niżej. Antenka i kil natomiast przesuwają ten środek wyżej. Dla gęstości korpusu 0,3 g/cm3 środek ciężkości wyważonego spławika znajduje się w odległości nieco większej niż 30% długości odcinka koniec dolny spławika-środek korpusu, licząc od dołu. Ile więcej zależy od kila i antenki. Długość kila obniża, a jego waga podnosi środek ciężkości zestawu względem korpusu. Im dłuższy i lżejszy kil tym oba środki będą położone dalej od siebie. Długi kil ostatecznie zwiększa stabilność spławika.
Rys. 4 Położenie środka ciężkości i wyporności w spławiku o symetrycznym korpusie.
Spławiki z korpusami typu waggler i slider.
W spławikach tego typu mamy nisko położony środek wyporności :(, ponieważ w dolnej części znajduje się korpus o dużej objętości w stosunku do objętości anteny. Im cieńsza antena tym ten środek jest niżej położony, jako że przytopienie cienkiej anteny niewiele ten środek podnosi. Mimo, że waga korpusu obniża środek ciężkości , to jednak odległość pomiędzy środkiem wyporności i ciężkości takiego spławika jest dużo mniejsza niż dla typu ołówek o tej samej wyporności użytkowej. Z tego powodu spławiki te ze swej natury mają mniejszy zapas stabilności niż „ołówek”, większy jednak przeważnie zakres pionowego wynurzenia anteny.
Stosowane korpusy mają najczęściej kształt symetrycznego cygara lub podobny do kropli wody i swoją szerszą stroną są skierowaną zwykle w dół, rzadziej do góry. Z uwagi na aerodynamikę lepsze będą te z szerszą stroną w dół. Z punktu widzenia natomiast stabilności będą gorsze, ponieważ mają niżej położony środek wyporności. Lepsze też będą korpusy długie niż krótkie i pękate.
Obciążenie własne spławików powoduje podniesienie środka ciężkości spławika wyważonego . Im to obciążenie jest bardziej schowane w korpusie, a także im jest procentowo większe w stosunku do całkowitej wyporności spławika tym z rozpatrywanego punktu widzenia jest to mniej korzystne. Niekorzystne też będzie zastosowanie antenki o dużej gęstości, bo podnosi to także środek ciężkości.
Należy zadać pytanie jak rozpatrywana stabilność wygląda w oferowanych spławikach. Otóż w większości spławików nie ma z tym problemu. Ograniczenia pojawiają się przy spławikach o małych wypornościach, z pękaty korpusem, z dużym obciążeniem własnym i z cienkimi antenami, szczególnie wtedy jeśli anteny wykonane będą z materiałów ciężkich.
Przykładowo na zamieszczonych zdjęciach Rys. 5 pokazane są dwa spławiki. Lewy spławik ma wyporność 3g+2g i antenkę z tworzywa o średnicy 2,5 mm oraz długości 22 cm. Prawy ma wyporność 5g+1g, antenkę naturalną o średnicy 2,7 mm i długości 21 cm. Prawy ma gorsze cechy budowy od lewego pod kątem ograniczenia stabilności i możliwości pokazywania brań podnoszonych. Cechy te to krótki korpus z większą szerokością w dolnej części obniżający środek wyporności, duże obciążenie własne ulokowane głównie wewnątrz korpusu i podnoszące przez to środek ciężkości.
Rys. 5 Przykładowe spławiki o różnych cechach.
Pokazane spławiki mają następujące cechy użytkowe:
Lewy
Kładzie się na wodę dopiero przy wynurzeniu całej 22 cm anteny wraz z małą częścią korpusu, wstaje przy obciążeniu powodującym wynurzenie 16,5 cm anteny (bez odtłuszczenia).
Prawy
Kładzie się przy wynurzeniu anteny większym niż 5,8 cm, wstaje przy obciążeniu dającym 1,7 cm wynurzenia anteny. :(
Jak z powyższego wynika lewy spławik ma duży zapas stabilności i możliwości wyraźnego pokazywania brań podnoszonych. Prawy ma mały zakres stabilności i dopuszczalnych zmian wynurzenia. Przy wyważeniu go więcej niż na 1,7 cm wystającej anteny może także po zarzuceniu leżeć na wodzie i nie podnieś się. Nie można więc nim łowić przy większej widoczności anteny. :(
Zwracając uwagę na wymienione wyżej negatywne cechy budowy spławików wpływające na stabilność i możliwość pokazywania brań wynoszonych możemy przy zakupie nieznanych modeli ocenić ich przydatność dla naszego sposobu łowienia. :)
Syborg:
Marian, to Ci się napisało :) Klasa :thumbup:
Nawigacja
[#] Następna strona
Idź do wersji pełnej