2021-06-21
Свая в виде двух соосных цилиндров забита в грунт дна водоема глубиной $H$ (рис.). Какая сила действует на сваю со стороны воды? Сечение верхнего цилиндра $S_{1}$, его высота $h_{1}$, сечение нижнего цилиндра $S_{2}$, высота его части, находящейся в воде, $h_{2}$.
Решение:
Силы давления воды на боковые поверхности сваи компенсируют друг друга. Выталкивающая сила, действующая на нижнюю часть верхнего цилиндра сваи сечением $S_{1} - S_{2}$, равна $\rho g(H - h_{2})(S_{1} - S_{2})$, где $\rho$ - плотность воды. Сила, прижимающая сваю к грунту, действует на верхнее основание сваи сечением $S_{1}$ и равна $\rho g(H - h_{1} - h_{2} )S_{1}$. Результирующая сила равна
$F = \rho g(h_{1} S_{1} + h_{2}S_{2}) - \rho gHS_{2}$.
Как видно, структура ответа простая: от обычной выталкивающей силы, найденной по закону Архимеда (соответствующий объем сваи на рисунке заштрихован), отнимается сила давления воды на нижнее основание сваи, как бы находящееся на уровне дна водоема. В зависимости от соотношения между $h_{1}, h_{2}, S_{1}, S_{2}, H$ результирующая сила может быть как выталкивающей, так и прижимающей сваю ко дну водоема. В приведенных формулах отсутствует также атмосферное давление. Вопрос о том, проникает ли воздух через грунт и тем самым передает свое давление на нижнее основание сваи, забитой в грунт, мы оставляем на суд читателя.