Digamos
el cilindro tiene un diámetro igual a la altura de $25\;\mathrm{cm}$
el cilindro está sellado en la parte superior y lleno de arena
el cilindro también está enterrado en la arena en el mar a una profundidad de $10\;\mathrm{m}$ con sólo su parte superior expuesta
la parte superior tiene un asa para que tire
el cilindro de peso es insignificante ($0.0\;\mathrm{kg}$)
¿Cuánta fuerza se necesita para tirar de él hacia fuera (excluyendo la fricción)?
Solo necesito las fórmulas para averiguar cuan grande de un cilindro necesito para anclar a una boya. La precisión es de hasta.
Por favor corregir mis cálculos si se equivocan.
Suponiendo que la densidad de la arena mojada es $1920\;\mathrm{kg\;m^{-3}}$:
Volumen del cilindro $= \pi r^2 h = 3.1416 \times 0.015625\;\mathrm{m^2} \times 0.25\;\mathrm{m} \approx 0.012272\;\mathrm{m^3}$
La masa de la arena en el cilindro $= 0.012272\;\mathrm{m^3} \times 1920\;\mathrm{kg\;m^{-3}} = 23.56\;\mathrm{kg}$
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El peso de la arena en el cilindro $= 23.56\;\mathrm{kg} \times 9.8\;\mathrm{m\;s^{-2}} = 231\;\mathrm{N}$
La presión del agua en $10\;\mathrm{m}$ profundidad de $= 2\;\mathrm{atm} = 200000\;\mathrm{N\;m^{-2}}$
Área de la superficie de la parte superior del cilindro $= \pi r^2 = 3.1416 \times (0.125\;\mathrm{m})^2 = 0.049\;\mathrm{m^2}$
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La presión de la fuerza en la parte superior del cilindro $= 0.049\;\mathrm{m^2} \times 200000\;\mathrm{N\;m^{-2}} = 9800\;\mathrm{N}$
La fuerza Total $= 231\;\mathrm{N} + 9800\;\mathrm{N} = 10031\;\mathrm{N}$
Edit: se Convierten en newtons ($\mathrm{N}$). Gracias @KvdLingen!
Nota: Esta no es la tarea. Soy un freediver. Estoy literalmente el pensamiento de enterrar un cilindro de plástico en un parche de arena en un $10\;\mathrm{m}$ profundidad. En la parte superior del cilindro, una manera de comprobar la válvula se adjunta a dejar que el agua salga cuando enterrar y una válvula de escape para que yo pueda tirar de él hacia fuera. Voy a adjuntar a la "manija" de una cuerda y una boya en el otro extremo de la cuerda. El cilindro va a servir como un temporal de anclaje. Un verdadero anclaje puede ser fácilmente retirado por las fuerzas verticales cuando hay ondas que actúan en la boya. Un ancla también puede dañar los corales en los sitios de buceo, por lo que tienen una necesidad de asegurar en un parche de arena.
He visto que esta técnica se utiliza en la construcción de túneles y plataformas de petróleo para fijar la estructura en su lugar. Es llamado un vacío de anclaje (por ejemplo, Un Troll de la plataforma). Quiero aplicar en una escala más pequeña.
