Почему корабль не тонет физика: «Почему корабли не тонут?» – Яндекс.Кью

Содержание

Почему не тонут лодки и корабли?

Если вы построите деревянный плот, то сможете плыть на нем. Если же вы построите плот из железа или какого-нибудь другого металла, то он пойдет ко дну. Причина того, что деревянный плот не тонет, а железный тонет, кроется в разной плотности дерева и железа. Дерево менее плотный материал, чем вода, поэтому выталкивающая сила воды больше силы тяжести, действующей на деревянный плот (или больше его веса). Железо плотнее воды, и ее выталкивающая сила не способна преодолеть вес железного плота.

В прежние времена корабли и лодки строили в основном из дерева. Сейчас же они преимущественно сделаны из металлов. В чем же фокус? Почему корабли не тонут? Может быть внутри корабля много дерева, и оно «побеждает» железо?

Конечно, если взять большую доску и обшить ее сверху тонким листом металла, то вся конструкция не потонет. Ведь ее средняя плотность окажется меньше плотности воды. Если, например, плотность дерева равна 600 кг/м

3, и доска имеет массу 100 кг, а железная обшивка имеет плотность 7800 кг/м3 и массу 10 кг. То общая масса составит 120 кг, а общий объем 100 / 600 + 10 / 7800 ≈ 0,1667 + 0,0013 = 0,168 (м3). Отсюда находим среднюю плотность конструкции 120/0,168 ≈ 714 (кг/м3). Это меньше плотности воды (1000 кг/м3), значит, конструкция будет плавать.

Однако, на самом деле все еще проще. Зачем обшивать дерево? Можно просто оставить внутри пустую полость и сделать так, чтобы туда не попадала вода. Точнее не пустую, а заполненную воздухом. Плотность воздуха всего 1,29 кг/м3.

Именно поэтому корабли, сделанные из металлов, плавают. Внутри них существуют большие полости, заполненные воздухом. В результате этого средняя плотность корабля меньше плотности воды, и выталкивающая сила удерживает корабль на плаву.

Если в полости корабля попадет вода, то он конечно же затонет. Чтобы возможность затопления свести на минимум, в подводной части корабля строят перегородки. В результате получаются отсеки, в которых вода из одного не может попасть в другой. Если корабль получит пробоину, то затопится только отсек в месте пробоины. Остальные останутся заполненными воздухом и будут удерживать корабль на плаву.

В любом случае корабль имеет вес. Этот вес равен весу воды, объем которой корабль «занимает» собой в море.

Как известно, корабли плавают не просто так, а перевозят различные грузы и людей. Пустой корабль весит меньше, а значит меньше будет «осаживаться» в море. Если его нагрузить, то корабль осядет в воду глубже. При чрезмерной нагрузке, корабль может вообще уйти под воду и утонуть.

Поэтому на корпусе судов отмечают специальную линию (ватерлинию). Судно не должно погружаться в воду так, чтобы эта линия оказалась под водой. Иначе любая сильная волна, плеснув воду на корму, может легко затопить корабль.

С другой стороны, пустое судно не должно быть слишком легким. Иначе его подводная часть будет слишком маленькой по отношению к надводной. В таком случае волны и ветер могут опрокинуть корабль.

Корабль, загруженный по ватерлинию, вытесняет самый большой объем воды. Вес этой воды называется водоизмещением конкретного судна. Грузоподъемность судна — это разность между водоизмещением и весом пустого судна; или, проще говоря, разность между загруженным кораблем, когда он имеет осадку по ватерлинию, и весом судна без груза.

ПОЧЕМУ НЕ ТОНУТ КОРАБЛИ?

ПОЧЕМУ НЕ ТОНУТ КОРАБЛИ?

Васильев А.Д. 1

1МБОУ «СОШ №91 г.Ижевска»

Бушуева Е.А. 1

1МБОУ “СОШ№91 г.Ижевска”

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке “Файлы работы” в формате PDF

Введение

    Этим летом я с мамой и папой ездил отдыхать на море, и там я видел, как на море проплывали большие корабли, танкеры. Мне стало очень интересно, почему корабли такие большие и тяжелые, но не тонут. Мне захотелось самому это понять с помощью опытов и самостоятельно найти ответ на вопрос «Почему корабли не тонут?»

    Гипотеза:

    1. Материал, из которого изготовлен корабль, не дает ему утонуть;

    2. Корабль не тонет, потому что он имеет особую форму и строение;

    3. Корабль не тонет, потому что воздух внутри него держит его на плаву;

    Цель работы: понять «Почему корабли не тонут?»

    Задачи работы:

    1. Узнать, что такое «корабль», познакомиться с историей кораблей;

    2. Рассмотреть виды первых кораблей, современных кораблей;

    3. Узнать какую конструкцию имеет корабль, принцип работы корабля;

    4. Понять, почему корабль не тонет;

    5. Провести опыты, помогающие понять, почему корабль не тонет;

    Предмет исследования: изучение взаимодействия жидкости и предметов, помещенных в нее.

    Методыисследования:

    • Изучение научной литературы;

    • Изучение информации в интернете;

    • Проведение опытов, экспериментов;

    • Беседы со взрослыми

    2. Теоретический материал

    2.1 Что такое корабль?

    Когда-то ученые считали, что слово «корабль» имеет исконно славянские корни «кора» и «корыто», однако эти предположения оказались неверными. Слово «корабль» имеет греческие корни. Греческое слово «καραβιον», буквально означает судно. От него, например, произошло и итальянское название судна – «каравелла».[1]

    В понимании современного человека: корабль это большое морское (либо речное) судно, которое перевозит пассажиров, грузы или служит для военных целей.

    2.2 История кораблей

    Наши далекие предки при передвижениях, столкнулись с проблемой путешествия по воде. Для этого они начали использовать обыкновенное дерево. Потом человеку нужно было что-то перевезти, и он связал несколько деревьев вместе. Так получился первый плот.

    В каменном веке человек научился пользоваться орудием труда, и тогда при помощи камня он стал выдалбливать в дереве углубление, так получилась первая лодка. Многие народы делали лодки из шкур животных, коры деревьев, тростника, пальмовых листьев. Постепенно размеры плавательных средств увеличивались, и появился водоизмещающий корпус, который и стал основной чертой кораблей. Однако изначально такие корпусы были небольшие, но уже содержали в себе все элементы современных кораблей. Вскоре появились первые мореходные корабли. Во времена промышленной революции для строения корпуса корабля начали применять железо и сталь. Сегодня корабли строят из прочных металлических сплавов и стеклоармированных пластмасс.

    Судостроение было развито в Древнем Египте, в Финикии, Древнем Китае. В средние века суда строились в Византии, в государствах Средиземноморья и Северной Европы, в Древней Руси. Чуть позже суда строили в Португалии и Испании, позднее и в Англии, в Нидерландах, Франции.[2]

    2.3 Первые корабли

    Первые корабли – это небольшие деревянные суда различной формы, передвигающиеся с помощью весел, появились задолго до нашей эры в Египте, на Крите, в Древней Греции и Риме.

    В 5 веке до нашей эры появились корабли с несколькими рядами весел. Корабли с двумя рядами весел назывались биремами, с тремя – триремами. Экипаж такого крупного корабля мог состоять из несколько сот человек.

    Рис.1 Римская галера

    В 7-ом веке в Венеции был создан быстроходный вёсельно-парусный корабль – галера. Галера имела длину 40-50 метров, ширину 6 метров, один ряд весел, экипаж до 450 человек, развивала скорость 7 узлов (13 км/ч). Кроме весел галера имела две мачты с косыми парусами.[2]

    Рис.2 Венецианская галера

    Переход от гребного флота к парусному флоту осуществлялся вплоть до начала 18-го века.

    Появление парусных кораблей, и парусного флота, дало мощный толчок к развитию кораблестроения.

    Палуба парусника делалась из твердых, как камень, пород дерева; мачты возвышались над палубой на 15-25 м, т. е. имели высоту 5-8-этажного дома.

    На мачтах были перекладины, на которых держались паруса. От перекладины к перекладине протягивалось множество канатов, веревочных лесенок.

    В период, с 1630 по 1850 год, самым мощным военным кораблем являлся трехпалубный деревянный парусник, имевший 100 и более пушек на борту.

    Команда военного корабля 18-го века состояла примерно из 850 офицеров и матросов.

    Следующий этап в развитие кораблестроения начался в 19-ом веке, это строительство кораблей, имеющих корпуса из железа и двигатели. Первыми такими кораблями стали пароходы, которые очень быстро заменили парусные суда.[2]

    Рис.3 Корабль-пароход

    2.4 Современные корабли

    В начале XX века произошли значительные перемены в кораблестроении — на смену пароходам, широко использовавшимся в течение ста лет на всех водных транспортных путях, приходят более совершенные суда с дизельным приводом.

    Современные корабли используются в различных областях человеческой деятельности: в торговле, военных действиях, перемещении людей, научных исследованиях, туризме и отдыхе, спасательных операциях, рыболовстве и даже сельском хозяйстве.

    На современных пассажирских лайнерах имеются комфортабельные каюты, кинотеатры, рестораны, бассейны и игровые комнаты для детей. Большое значение на них предается мерам безопасности. В прежние времена плавание на кораблях было очень опасным. Лишь после гибели в 1912 г. в результате столкновения с айсбергом супер-лайнера «Титаник», на борту которого находились около полутора тысяч членов экипажа и пассажиров, наличие спасательных жилетов для всех людей на судне стало обязательным.[3]

    Современные корабли

    Рис.4 Круизный корабль

    Рис.5 Парусный корабль

    Рис. 6 Корабль военно-морского флота

    2.5 Конструкция корабля

    К какому бы виду или классу не относилось судно, ему присущи общие элементы конструкции. В первую очередь, конечно, корпус, на котором установлены надстройки различного назначения, мачты и рубки. Важным элементом всех судов являются двигатели и движители, в общем, силовые установки. Для жизнедеятельности плавательного средства имеют значение устройства, системы, электрооборудование, трубопроводы и оборудование помещений. Парусные суда оснащаются еще рангоутом и такелажем.

    Носом называется передняя, кормой – задняя оконечности корпуса, его боковые поверхности – бортами. Правый борт по ходу движения моряки называют штирбортом, левый – бакбортом. Дном или днищем называется нижняя часть корабля, палубами – горизонтальные перекрытия. Трюм корабля – это самое нижнее помещение, которое находится между днищем и нижней палубой. Межпалубное пространство называется твиндеком.[3]

    Рис. 7 Устройство корабля

    Корпус корабля представляет собой водонепроницаемое тело обтекаемой формы, полое внутри. Корпус обеспечивает плавучесть судна и является базой или платформой, на которой монтируется оборудование или вооружение в зависимости от назначения корабля.[3]

    2.6 Принцип работы корабля

    Трюмная часть корабля вытесняет массу воды, равную ее собственной массе. Пытаясь вернуться на свое место, вытесненная вода толкает корабль вверх.

    Установленные под углом лопасти корабельного винта, вращаясь, создают усилие, толкающее винт и соответственно корабль вперед. На некоторых современных скоростных паромах используется водоструйный движитель; морская вода засасывается в него, а затем выпускается высокоскоростной струей.

    Руль, подвешенный на шарнирах на корме судна, соединяется со штурвалом или румпелем. Если рулевой отводит румпель влево, руль и корма двигаются вправо. Если необходимо сделать поворот вправо, он отводит румпель влево.

    В эпоху парусных судов была разработана такая установка парусов, которая позволяла двигаться против ветра. Делая повороты в разные стороны (идя галсами), корабль продвигался вперед, даже когда не было попутного ветра.[1]

    2.7 Почему корабль не тонет

    Если в полости корабля попадет вода, то он конечно же затонет. Чтобы возможность затопления свести на минимум, в подводной части корабля строят перегородки. В результате получаются отсеки, в которых вода из одного не может попасть в другой. Если корабль получит пробоину, то затопится только отсек в месте пробоины. Остальные останутся заполненными воздухом и будут удерживать корабль на плаву. В любом случае корабль имеет вес. Этот вес равен весу воды, объем которой корабль «занимает» собой в море.

    Как известно, корабли плавают не просто так, а перевозят различные грузы и людей. Пустой корабль весит меньше, а значит меньше будет «осаживаться» в море. Если его нагрузить, то корабль осядет в воду глубже. При чрезмерной нагрузке, корабль может вообще уйти под воду и утонуть. Поэтому на корпусе судов отмечают специальную линию (ватерлинию). Судно не должно погружаться в воду так, чтобы эта линия оказалась под водой. Иначе любая сильная волна, плеснув воду на корму, может легко затопить корабль.

    С другой стороны, пустое судно не должно быть слишком легким. Иначе его подводная часть будет слишком маленькой по отношению к надводной. В таком случае волны и ветер могут опрокинуть корабль.

    Корабль, загруженный по ватерлинию, вытесняет самый большой объем воды. Вес этой воды называется водоизмещением конкретного судна. Грузоподъемность судна — это разность между водоизмещением и весом пустого судна или, проще говоря, разность между загруженным кораблем, когда он имеет осадку по ватерлинию, и весом судна без груза.[3]

    1. Практическая часть

    Почему же корабли, изготовленные из железа, держаться на воде и не тонут? Я решил провести опыты и понять это (см. Приложение 1).

    3.1 Опыт № 1 «Влияет ли материал, из которого сделан корабль, на его плавучесть?

    Поочередно погружаем в воду предметы, сделанные из металла, дерева, пенопласта и пластмассы. Как видно, предмет из металла утонул, а из дерева, пластмассы – нет (см. Приложение 2).

    Я знал, что все окружающие нас предметы и вещества состоят из крошечных, не видимых взгляду частичек – молекул. Те тела, в которых молекулы располагаются очень близко друг к другу – обладают большей плотностью и быстрее идут ко дну. А тела, в которых молекулы далеко друг от друга, обладают меньшей плотностью, поэтому остаются плавать на поверхности воды. Плотность у железа больше плотности воды, и поэтому оно утонуло. Тела, плотность которых меньше плотности воды, свободно плавают по её поверхности. Поэтому предметы из дерева, пластмассы остались плавать по поверхности. Мы знаем, что современные корабли сделаны из металла, от сюда следует вывод, что «плавучесть» корабля не зависит от материала, из которого он изготовлен.

    Следовательно, гипотеза №1 не верна.

    3.2 Опыт № 2 «Влияние формы на плавучесть корабля»

    Я уже убедился в том, что предметы из различных материалов ведут себя в воде по-разному. Оказывается, у воды есть еще один секрет: на ее поверхности может плавать и «тонущий» материал, главное придать ему нужную форму.

    Берем пластилин, делаем из него шарик и опускаем его в воду (см. Приложение 3). Пластилин затонул. Слепим из этого же кусочка пластилина кораблик и опускаем его в воду дном вниз. Наш корабль не тонет, потому что он имеет особую форму (см. Приложение 4). То же самое происходит с большими кораблями, которые не тонут, а продолжают бороздить океаны.

    Гипотеза № 2 верна, корабль не тонет, потому что он имеет особую форму и строение.

    Опыт № 3 «Влияние воздуха на плавучесть корабля»

    Я задумался – а что ещё находится на корабле кроме команды с капитаном, пассажиров, груза и всей техники, которой он оснащён. Помимо всего перечисленного на корабле есть воздух. Из книг я узнал, что воздух намного легче воды. А ведь внутри корпуса корабля есть некоторое пространство, заполненное воздухом. Именно воздух поддерживает корабль на поверхности воды и не даёт затонуть. Я решил проверить это на опыте с шариком.

    Берем два воздушных шарика, один из которых надуваем, а второй наполняем водой, и погружаем в воду. Надутый шарик не тонет, даже если надавить на него сверху рукой. А шарик, наполненный водой, погрузился под поверхность (см. Приложение 5).

    Оказывается, когда – то давно древнегреческий учёный Архимед исследовал проблему плавучести тел и сформулировал закон: на всякое тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости, который известен сейчас как Закон Архимеда. Таким образом, в нашем опыте на шарик снизу, действовала сила Архимеда, которая выталкивала шарик на поверхность.

    Гипотеза №3 верна, корабль не тонет, потому что воздух внутри него держит его на плаву.

    Железные суда проектируют и строят с таким расчётом, чтобы при погружении они вытесняли огромное количество воды, вес которой равен их весу в загруженном состоянии (это называется водоизмещением корабля). В этом случае на них будет действовать выталкивающая архимедова сила соответствующей величины.

    Корабль внутри имеет множество пустых, наполненных воздухом помещений и средняя его плотность значительно меньше плотности воды. Именно поэтому он держит корабль на поверхности воды и не даёт затонуть.

    Рис. 8-Силы поддержания; 2-Давление воды на борт судна

    Опыт №4 «Влияет ли плотность воды на силу выталкивания»

    Определим зависимость величины выталкивающей силы от плотности жидкости. Поместим свежее яйцо в емкость с чистой водой. Мы видим, что яйцо утонуло (см. Приложение 6).

    В другой емкость положим 3 ст. ложки соли и опустим яйцо. Яйцо в сосуде с солёной водой всплывает (см. Приложения рис 6). Мы увидели, что выталкивающая сила увеличивается с увеличением плотности воды. Следовательно, в море, где вода соленая (с большей плотностью), выталкивающая сила, действующая на корабль больше, чем в реке или озере, где вода пресная. Поэтому в море судно может нести грузы большей тяжести.

    1. Заключение

    В ходе моего исследования первая моя гипотеза не подтвердилась, вторая и третья гипотезы подтвердились. Цель работы достигнута, я понял почему не тонут корабли.

    На основании проведенного исследования я сделал вывод, корабли не тонут, потому что:

    1. Корабли проектируют и строят с таким расчётом, чтобы они при погружении вытесняли огромное количество воды.

    2. Корабли не тонут, потому что на них действует выталкивающая (подъемная) сила, по закону Архимеда, направленная вверх и равная весу жидкости, вытесненной кораблем.

    3. Корабль будет находиться на плаву до тех пор, пока его вес будет меньше или равен весу вытесненной им жидкости, что достигается, в том числе и наличием прослойки воздуха в отсеках корабля, а воздух легче воды.

    Конечно, есть еще много того, что я не понимаю, например физические понятия, законы, формулы, но, думаю, в старших классах я смогу разобраться в этом вопросе подробнее.

    Список источников и использованной литературы:

    1. Я познаю мир: Корабли- М.: ООО «Издательство Астрель», 2002г.

    2. История корабля / С. В. Сахарнов, издательство «Малыш», 1990г.

    3. Ушаков С. З. Плавание тел, детская энциклопедия, том 3 «Числа и фигуры, вещество и энергия». – Москва: «Издательство Академии Педагогических Наук РСФСР», 1961.

    Интернет источники:

    http://www.kakprosto.ru/kak-824332-pochemu-korabli-ne-tonut

    http://www.polnaja-jenciklopedija.ru/istoriya-otkrytiy/istoriya-korabley.html

    http://www.voprosy-kak-i-pochemu.ru/pochemu-korabli-ne-tonut/

    http://www.i-kiss.ru/rubrika/korabli

    http://vm.msun.ru/Cad_ship/Sailship/Parusniki.htm

    https://ru.wikipedia.org/wiki/Судостроение

    Приложения

    Приложение 1

    Приложение 2

    Приложение 3

    Приложение 4

    Приложение 5

    Приложение 6

    Просмотров работы: 1247

    По какой причине корабль не тонет: физика в деле

    А вы когда-нибудь задумывались, почему корабль не тонет? Если построить плот из древесины, то он сможет благополучно плыть по воде. Но если смастерить его из металла или же камня, то он погрузится на дно. Объяснить подобное явление не составит труда. Ведь плотность камня или металла отличается от плотности дерева. Об этом рассказывают на уроках физики. Дело в том, что плотность дерева значительно меньше, чем плотность металла. При этом показатель выталкивающей силы воды значительно выше, чем показатель силы тяжести, которая действует на плот. С металлом же все несколько иначе. Его плотность достаточно высока, и выталкивающая сила не способна преодолеть силу тяжести. В результате этого плот тонет. Но почему корабль не тонет сейчас, когда изготавливают их именно из металла?

    Если обшить дерево

    В былые времена корабли строили только из древесины. Но все меняется. Теперь судна строят из более надежного и крепкого материала – металла. Но почему корабль не тонет? Он же получается тяжелее? В чем причина? Может, внутри судна больше древесины, чем металла?

    Если взять дерево и обшить его очень тонким листовым металлом, то конструкция не будет тонуть. Это явление можно объяснить, проведя некоторые подсчеты. Итак, средняя плотность конструкции будет меньше, чем плотность воды. Вот простые цифры. Если взять массу дерева 100 килограмм при плотности в 600 килограмм на метр кубический, а металлическую обшивку весом в 20 килограмм и плотностью 7800 килограмм на метр кубический, то общий вес судна будет составлять всего 120 килограмм, а объем – 0,168 метров кубических. Остается найти среднюю плотность конструкции. Для этого нужно массу разделить на объем. В результате получается примерно 714 килограмм на метр кубический. Данный показатель меньше, чем у воды. Это говорит о том, что деревянное судно, предварительно обшитое листовым металлом, тонуть не будет. Ведь плотность воды составляет 1000 килограмм на метр кубический.

    Современные конструкции

    Конструкция корабля достаточно проста. Можно не обшивать дерево металлом. Достаточно оставить внутри конструкции пустую полость, в которую вода попадать не будет. Конечно, это выражение немного не правильно. Полость будет заполнена воздухом. Ведь плотность этой смеси веществ составляет всего 1,29 килограмм на метр кубический.

    Вот почему корабль не тонет, находясь на большой глубине. Ведь внутри конструкции существуют полости больших размеров, которые заполнены воздухом. Благодаря этому, плотность всего корабля значительно меньше плотности воды. В результате этого выталкивающая сила держит конструкцию на плаву.

    Почему вода не попадает внутрь корабля

    Конечно, если в полости попадет вода, то корабль неизбежно пойдет ко дну. Чтобы этого не произошло, в той части конструкции, которая располагается под водой, делаются перегородки. В итоге образуются отсеки. При этом делаются они герметичными. Благодаря этому, вода, попавшая в один отсек, не может попасть во второй. Если же в корпусе появилась пробоина, то судно ко дну не пойдет. Затоплен будет только тот отсек, куда поступает вода. Остальные же останутся заполнены воздухом.

    Как перевозят грузы

    Корабль, как правило, имеет вес. И он равен массе воды, объем которой занимает судно в море. Конечно, океанский корабль вряд ли будет плавать пустым. Обычно с помощью судна перевозят не только людей, но и большие грузы. Пустой корабль весит значительно меньше. Значит, и осаживаться в воде он будет неглубоко. Если же судно нагрузить, то оно осядет больше. Но почему корабль не тонет даже с большим грузом?

    Обычно на корпусе судна проводится черта – ватерлиния. Корабль не должен погружаться под воду ниже этого указателя. В противном случае он будет перегружен, и любая большая волна может затопить конструкцию.

    Проект “Почему не тонут корабли?”

    Муниципальное общеобразовательное учреждение

    «Эммаусская СОШ»

    Калининский район

    Почему корабли не тонут?

    Выполнил обучающийся 1 «Б» класса:

    Хорьков Антон

    Руководитель : Галашан Т.А.,

    учитель начальных классов

    Эммаусс

    2015 г.

    Содержание

    1.Введение ………………………………………………………… 3

    2. Основная часть …………………………………………………. 4 – 6

    1) История вопроса

    2) Почему корабли не тонут – проведение опытов;

    3) Модели кораблей.

    3. Заключение ………………………………………………………. 7

    4. Список использованной литературы ………………………….. 8

    5. Приложение …………………………………………………….. 9 – 11

    Введение

    Однажды, у меня возник вопрос: «Почему корабли не тонут?», ведь я, не умея плавать, даже в море зайти боюсь, а корабли?

    Я решил заняться исследованием этого вопроса.

    В школе, на одном из уроков окружающего мира, я вспомнил о своей проблеме. Многих одноклассников заинтересовал мой вопрос.

    Таким образом, мой вопрос стал открытым, и моя цель исследования ответить на вопрос: «Почему корабли не тонут?».

    Задачи, которые я поставил:

    1) Собрать и проанализировать информацию о причинах плавания кораблей;

    2) Разработать серию опытов, объясняющих, что позволяет кораблям держаться на воде;

    3) Изготовить корабли из бумаги и пластилина;

    4) Сделать выводы.

    Объект исследования: Причины плавания кораблей.

    Предмет исследования: Изучение взаимодействия жидкости и предметов, помещенных в нее.

    Гипотеза:

    Корабль не тонет, потому что он имеет особую форму и строение.

    Основная часть

    1) История вопроса

    Судостроение, если верить историческим фактам, зародилось еще до начала нашей эры. Историки утверждают, что еще в Древних Египте и Китае существовало большое количество кораблей, которые обычно использовались для торговли и военных нужд.

    Если говорить о восточных славянах, которых с определенной натяжкой можно смело называть нашими предками, то еще в седьмом веке они строили суда, которые состояли из каркасной основы, а обтягивали их чаще всего кожей. Однако всего несколько столетий спустя появились корабли с полностью дощатой обшивкой.[2]

    Почему корабли не тонут, в отличие, например, от утюга? Они же тоже железные? Потому что на них (как и на утюг) действует сила, действие которой впервые описал древнегреческий учёный Архимед.

    Согласно выводам Архимеда на всякое тело, погружённое в жидкость, постоянно действует выталкивающая сила и величина её равна весу вытесненной этим телом воды. Если эта архимедова сила больше или равна весу тела, то оно не утонет. Корабли не тонут именно по этой причине. [1]

    Нетрудно догадаться, что тело большого размера (объёма) вытеснит значительно больше воды, чем маленькое тело одинакового с ним веса и если утюг «раскатать» в достаточно тонкий лист фольги, то, аккуратно опущенный на поверхность воды, он будет на ней держаться. 

    Железные суда проектируют и строят с таким расчётом, чтобы при погружении они вытесняли огромное количество воды, вес которой равен их весу в загруженном состоянии (это называется водоизмещением корабля). В этом случае на них будет действовать выталкивающая архимедова сила соответствующей величины. Вот одна из причин, почему корабли не тонут.

    Можно объяснить, почему корабли не тонут, немного по-другому: тела, плотность которых меньше плотности воды, свободно плавают по её поверхности. Корабль внутри имеет множество пустых, наполненных воздухом помещений и средняя его плотность значительно меньше плотности воды. [3]

    2)Почему корабли не тонут – проведение опытов.

    Из энциклопедии я узнал, что корабли строят так, чтобы они в воде не утонули.

    Грузовая ватерлиния – это контроль-отметка, до которой можно загружать судно, она всегда находится над водой.

    Днище корабля специально делают такой формы, что когда корабль наклоняется вбок, он волей-неволей стремится опять выпрямиться.

    Палубы на корабле закрывают его нутро как хорошие крышки. Поэтому вода не попадает в него, и даже в самый сильный шторм корабль не становится заметно тяжелее. Конечно, если надежно задраены палубные люки.[1]

    Далее я решил разобраться в этом вопросе практическим путём.

    Опыт 1. Влияние формы на плавучесть корабля.

    Поочередно погружаем в воду, предметы из металла. Как видно, круглый металлический шарик утонул, а с таким же весом металлическая глубокая тарелка – нет.

    Опыт 2.

    Берем пластилин, погружаем его в воду и видим, что он утонул.

    Придаем пластилину форму корабля, погружаем его в воду и видим, что он не утонул, а поплыл. Ура! Волшебство свершилось, тонущий материал плавает на поверхности!

    Вывод: Корабль не тонет, потому что имеет особую форму и строение, гипотеза верна.

    Оказывается, когда-то давно древнегреческий учёный Архимед исследовал проблему плавучести тел и сформулировал закон: на всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости, который известен сейчас как Закон Архимеда.

    3) Модели кораблей

    Ребята моего класса решили в ходе моего исследования научиться делать простые корабли – из бумаги. Предлагаю несколько вариантов моделей кораблей. Данные модели представлены в Приложении .

    Заключение

    Я нашёл ответы на свой вопрос «Почему корабли не тонут».

    1. Корабли не тонут, потому что на них действует выталкивающая (подъемная) сила, по закону Архимеда, направленная вверх и равная весу жидкости, вытесненной кораблем.

    2. Корабль будет находиться на плаву до тех пор, пока его вес будет меньше или равен весу вытесненной им жидкости, что достигается, в том числе и наличием прослойки воздуха в отсеках корабля, а воздух легче воды

    3.Выталкивающая (подъемная) сила зависит от плотности жидкости. Следовательно, в море, где вода солёная (с большей плотностью), выталкивающая сила, действующая на корабль больше, чем в реке или озере, где вода пресная.

    4. Корабли специально строят такой формы и такого строения, чтобы они не тонули.

    Конечно, есть еще много того, что я не понимаю, например физические понятия, законы, формулы, но, думаю, в старших классах я смогу разобраться в этом вопросе подробнее.

    Список использованной литературы

    1. Перля З. Н. Корабли / З. Н. Перля: детская энциклопедия, том 3 «Числа и фигуры, вещество и энергия». – Москва: «Издательство Академии Педагогических Наук РСФСР», 1960. – С. 443-459.

    2. Сахарнов С. В. Плывут по морям корабли / С. В. Сахарнов, К. Д. Арон // «Едем, плаваем, летаем». – Москва: «Детская литература», 1993. – С. 7-36. 3. 3. Ушаков С. З. Плавание тел / С. З. Ушаков: детская энциклопедия, том 3 «Числа и фигуры, вещество и энергия». – Москва: «Издательство Академии Педагогических Наук РСФСР», 1961. – С. 279-288.

    Использование Интернет-ресурса:

    1. http://www.elfik.by.yandex.ru

    2. http://www.1september.ru/2006/02/07.htm

    3. http://www.vseznayem.ru/detskiye-pochemu-o-tekhnike/60-pochemu-korabli-ne-tonut

    4. http://pochemu.su/pochemu-korabli-ne-tonut/

    5. http://ppt4web.ru/fizika/korabli-pochemu-oni-ne-tonut.html

    6. http://shishkinles.ru/shishkinles/Matilda/sovinform/zasedaniya/Pochemu_korabli/

    7. http://nsportal.ru/ap/ap/drugoe/pochemu-ne-tonut-korabli

    8. http://www.docme.ru/doc/42594/pochemu-ne-tonut-korabli

    9. http://www.bolshoyvopros.ru/questions/179788-pochemu-korabli-ne-tonut.html

    10. http://www.maaam.ru/detskijsad/-pochemu-korabli-ne-tonut.html

    Приложение

    Модель 1. Бумажный кораблик.

    Берём лист бумаги и складываем его пополам, углы листа подгибаем на сгибе к центру, затем загибаем кверху свободные нижние края, загибаем на противоположную сторону углы краёв.

    Следующий этап сводим противоположные углы получившегося треугольника.

    У нас должна получиться фигура как на рисунке.

    Далее подгибаем нижние углы, каждый со своей стороны, к верхушке.

    У получившегося треугольника сводим противоположные углы и последнее, берёмся за верхние уголки и разводим их в стороны.

    Модель 2. Лодочка.


    Модель 3. Пароход.


    Модель 4.

    Для изготовления нам понадобится квадратный лист бумаги.

    Подгибаем все 4 угла  к центру листа и это действие производим еще два раза.

    Окончательно переворачиваем нашу конструкцию, отгибаем и раскрываем два противоположных квадратных «гнёздышка». 

    Два других противоположных «гнёздышка» оттягиваем в стороны за уголки.

    Сделайте несколько корабликов оригами разного цвета и размера. Советуем вам делать кораблики из бумаги, которая плохо впитывает воду, чтобы они дольше не размокали в воде. Еще можно окунуть бумажные кораблики в расплавленный пчелиный воск или парафин, тогда они станут водонепроницаемыми.

    Исследовательская работа “Почему корабли не тонут?”

    МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

    ЧЕРНЦКАЯ СРЕДНЯЯ ШКОЛА

    155116, Ивановская область, Лежневский район, с. Чернцы, ул. Школьная, д. 20,

    тел. / факс 8/49357/2-41-15, e-mail : [email protected]

    Исследовательский проект

    Почему корабли не тонут?

    Работу выполнил

    Супонев Алексей,

    ученик 5 класса

    Руководитель

    Никитина Т.А.

    2018год

    Введение

    Кто решит известный спор:

    Почему плывет линкор,

    Но потонет гвоздик малый,

    Хоть из того же он металла?

    А вы когда-нибудь задумывались, почему корабль не тонет? Если построить плот из древесины, то он сможет благополучно плыть по воде. Но если смастерить его из металла или же камня, то он погрузится на дно.

    Отчего маленькая железка в воде обязательно утонет, а большущий многопалубный корабль преспокойно плавает, он ведь тоже из железа, к тому же достаточно тяжёлый? А ведь на корабле ещё находится команда и капитан, корабли перевозят грузы или пассажиров, то есть его вес ещё увеличивается.

    Почему корабль не тонет?

    Я сконструировал модель корабля и приступил к испытаниям. Но меня ждала неудача: в воде корабль перевернулся и вскоре утонул.

    И тут я задумался над вопросом: «В чем причина? Почему же настоящие корабли не тонут? Ведь они тяжелее моего пластикового кораблика».

    Я решил основательно заняться изучением данного вопроса.

    Тема моей работы — «Почему корабли не тонут? ».

    Цель: : изучение условий и особенностей плавания тел

    Задачи:

    – подобрать и изучить литературу по теме,
    – познакомиться с основным понятиями ,

    – узнать об условиях плавания тел,
    – провести опыты, помогающие понять, почему корабли не тонут.

    Гипотеза: корабль имеет особенности , которые позволяют ему не тонуть:

    • он изготовлен из особого материала,

    • он имеет особую форму,

    • существуют секреты строения кораблей,

    • плавание кораблей, людей, рыб подчиняется одним и тем же законам.

    Объект исследования – корабль

    Предмет исследования – особенности строения корабля и условий плавания

    1. Закон Архимеда: история открытия и суть явления

    Я хожу в бассейн. На занятиях по плаванию мною была замечена интересная вещь. Когда я пытался нырнуть и задержаться на дне, ничего не получалось.

    Какая – то сила меня выталкивала вверх. Мне стало интересно, что это за сила?

    Я обратился к услугам Интернета , энциклопедиям.

    Казалось бы, нет ничего проще, чем закон Архимеда. Но когда-то сам Архимед здорово поломал голову над его открытием. Как это было?

    Изобретатель, инженер и ученый Архимед служил у царя Гиерона . Однажды ювелиры изготовили для царя золотую корону. Царь, как человек подозрительный, вызвал ученого к себе и поручил узнать, не содержит ли корона примесей серебра.

    Архимед долго размышлял, ничего не придумал и однажды решил сходить в баню. Там, садясь в ванну с водой, ученый и нашел решение вопроса. Архимед обратил внимание на совершенно очевидную вещь: тело, погружаясь в воду, вытесняет объем воды, равный собственному объему тела. Именно тогда, даже не потрудившийся одеться, Архимед выскочил из бани , бежал по улице и кричал свое знаменитое «эврика», что означает «нашел». Явившись к царю, Архимед попросил выдать ему слитки серебра и золота, равные по массе короне. Измеряя и сравнивая объем воды, вытесняемой короной и слитками, Архимед обнаружил, что корона изготовлена не из чистого золота, а имеет примеси серебра. Это и есть история открытия закона Архимеда.

    Опыт 1. Куда направлена выталкивающая сила?

    Выталкивающая сила всегда направлена вертикально вверх.

    Это видно на следующем опыте

    Привязал магнит короткой ниткой к футляру от киндер-сюрприза и опустил в воду. Магнит затащил футляр под воду.

    Отвесно натянутая нить показывает, что выталкивающая сила, которая действует на футляр, направлена вертикально вверх.

    Вывод:

    1. сила Архимеда выталкивала мое тело в бассейне

    2. на корабль действует выталкивающая сила, которая направлена вверх.

    Она  удерживает корабль на плаву и позволяет ему плавать.

    Опыт 2 Определение величины выталкивающей силы

    Уравновесил на весах груз и стакан с водой. Опустил в воду шарик. Часть воды из стакана вылилась, но весы остались в равновесии.

    Сделал вывод: вес вылитой воды равен выталкивающей силе.

    Вывод: выталкивающая сила зависит от веса вытесненной жидкости

    Сила Архимеда зависит от объёма тела, погружённого в жидкость. Чем больше корабль погружается в воду, тем больше выталкивающая сила.

    Опыт 3 Предел погружения

    Берем пластиковый стакан и ставим его в полную тарелку с водой, затем постепенно добавляем в стакан монетки, и наблюдаем, как плавает стакан, а из тарелки постепенно выливается вода. Стакан погружался все больше , а воды выливалось все больше. При добавлении 13 монет стакан утонул.

    Вывод: при увеличении объема погружения выталкивающая сила увеличивается. При увеличении массы груза в стакане выталкивающая сила уже не может удержать стакан на плаву. Есть предельный вес груза.

    Вывод: у корабля есть важная характеристика – водоизмещение.

    Чем больше воды вытесняет корабль, тем больше его водоизмещение и тем более тяжелый груз он может перевозить.

    Слабо загруженный корабль имеет небольшую осадку, Полностью загруженный корабль сидит в воде глубже, вытесняя больший объем воды, чем легкий корабль.

    Итак, от чего же зависит действие выталкивающей силы на корабль?

    1. от веса и объема погружения корабля

    2. от плотности воды, в которой корабль плавает.

    Выталкивающая сила меняется с увеличением плотности воды. Плотность воды можно увеличить, если ее сильно-сильно посолить. Докажем это следующим опытом:

    Опыт 4 Сравнение выталкивающей силы в соленой и пресной воде

    Опустим картофелину в емкость с пресной водой – она утонула.

    Опустим картофелину в емкость с соленой водой – она плавает

    Из проведенного опыта видно, что в соленой воде на плаву удерживаются те предметы, которые прежде тонули.

    Вывод: выталкивающая сила увеличивается с увеличением плотности воды. Следовательно, в море, где вода соленая, выталкивающая сила, действующая на корабль больше, чем в реке или озере, где вода пресная и судно может нести грузы большей тяжести

    Это интересно!!!

    На Земле есть и такое море, в котором вообще невозможно утонуть. Это соленое озеро, называемое Мертвым морем. Оно настолько соленое, что в нем отсутствует всякая жизнь (за исключением некоторых видов бактерий). Если вода большинства морей и океанов содержит 2—3% соли, то в Мертвом море ее содержится более 27%! Из-за большого содержания соли плотность воды здесь оказывается больше плотности человеческого тела, и потому человек в Мертвом море может спокойно лежать на его поверхности и читать книгу. Если же в эту воду войдет лошадь, то, как пишет Марк Твен, она оказывается в столь неустойчивом состоянии, что «не может ни плавать, ни стоять в Мертвом море,— она тотчас же ложится на бок». 
    Помимо Мертвого моря, огромной соленостью обладают также воды залива Кара-Богаз-Гол и озера Эльтон в Волгоградской области.

    1. Плавание тел разной природы

    Мимо бревно суковатое плыло,
    Сидя, и стоя, и лежа пластом,
    Зайцев с десяток спасалось на нем.
    “Взял бы я вас – да потопите лодку!”
    Жаль их, однако, да жаль и находку –
    Я зацепился багром за сучок
    И за собою бревно поволок Н.А.Некрасов «Дедушка Мазай и зайцы»

    Ответ на вопрос: почему Дедушка Мазай не взял зайцев в лодку? – я теперь знаю. Вес лодки может быть больше выталкивающей силы, и лодка потонет вместе с зайцами. Но сообразительные зайцы забрались на бревно, ведь деревья в воде не тонут!

    Все мы знаем, что если бросить в воду деревянную доску, то она будет лежать на ее поверхности, а вот металлический лист такого же размера сразу начинает тонуть. Почему так происходит? Это определяется не весом предмета, а его плотностью.

    Плотность – это масса вещества, заключенная в определенном объеме.

    Опыт 5 Плавучесть разных материалов

    Погрузил в воду предметы из разных материалов: какие из них не тонут? Пластмассовые и деревянные тела вода выталкивает, а металлические, стеклянные и резиновые – нет.

    Вывод: разные предметы ведут себя в воде по-разному

    Опыт 6 Определение плотности материала


    Взяли шарики одинакового размера из разного материала — металл, пластмасса и взвесили их. И увидели, что кубики имеют разную массу, а, следовательно, и разную плотность.

    Объем каждого шарика равен 4 куб.см

    Масса кубика из:

    металла — 32 г., пластмассы – 3г 600мг

    Определили плотность каждого материала

    Плотность = (масса) : (объем)

    Плотность металла равна 8 г/куб.см

    Плотность пластмассы равна 900 мг/куб.см

    Отсюда сделали вывод, что из кубиков самый плотный материал – это металл, затем  пластмасса.

    Опыт 7 Плотность материала и плавание тел

    А что произойдет, если эти бруски опустить в воду?

    Плотность воды равна 1г/куб.см

    Как видно из опыта металлический шарик утонул – его плотность больше плотности воды, а шарик из пластмассы нет – его плотность меньше плотности воды. Значит, любой предмет будет плавать, если его плотность меньше плотности воды.

    Вывод: корабль, чтоб он держался на воде, надо сделать так, чтобы его плотность была меньше плотности воды.

    Это интересно!!!

    Человек более чем на 2/3 состоит из воды. Строение человека таково, что его плотность оказывается близкой к плотности воды. У многих людей она чуть меньше, особенно когда желудок пустой, а вода соленая. В таких случаях человек способен свободно находиться на поверхности воды, не боясь утонуть. Поэтому человек может свободно плавать под водой и всплывать на поверхность.

    Средняя плотность живых организмов, населяющих водную среду, близка к плотности окружающей их воды. Это и делает возможным их плавание под водой. Плаванию животных в толще воды способствует также дополнительная подъемная сила, которая возникает при их перемещении в водной среде.
    Различают активное и пассивное плавание. При активном плавании животные передвигаются либо с помощью имеющихся у них гребных органов, либо посредством волнообразных изгибаний тела и использования непарных плавников, либо в результате периодических выталкиваний воды. При пассивном плавании животные просто увлекаются движущейся водой.
    Большую роль в передвижении рыб внутри воды играет плавательный пузырь. Меняя объем этого пузыря (а также количество газа в нем), рыба способна как увеличивать, так и уменьшать действующую на нее выталкивающую силу. Благодаря этому рыба может в определенных пределах регулировать глубину своего погружения.
    Киты регулируют глубину своего погружения за счет уменьшения и увеличения объема легких.

    Из какого материала создать корабль?

    Предположим, делать его из такого материала, который имеет плотность меньше плотности воды и не тонет – например, из дерева. Из истории мы знаем, что человек именно из дерева делал вначале плоты, а затем лодки, используя свойство дерева –плавучесть. Сегодня мы видим много кораблей сделанных из металла, но они не тонут. В чем причина?

    Опыт 8 Воздух легче воды

    Я взял футляр от киндер – сюрприза и опустил в таз с водой на самое дно. В футляре есть воздух, он сразу поднялся вверх.

    Затем в футляр я насыпал соли и опустил в воду, футляр утонул.

    Вывод: Соль тяжелее воды. Поэтому футляр с солью утонул. А воздух легче воды, Плотность футляра с воздухом меньше плотности воды, поэтому он плавает на поверхности.

    Так же действуют спасательные средства: жилет или круг, одетый на человека. С их помощью удается удержаться на плаву до прибытия спасателей.

    Вывод: чтобы обеспечить плавучесть корабля, нужно его заполнить воздухом.

    Опыт 9 Плавать может и тонущий материал

    Опустим в воду кусок пластилина, он утонул. Слепил из этого же кусочка пластилина лодочку и опустил в воду донышком вниз. Не тонет! Свершилось! Поверхность воды может удерживать предметы из тонущих материалов (металл, пластилин) , если им придать форму лодочки, в ней образуется запас плавучести. Туда даже можно положить груз.

    Пластилин утонул Кораблики из пластилина не тонут

    Вывод: корпус корабля должен быть наполнен воздухом. Воздух намного менее плотное вещество, чем вода. У корабля образуется, как бы общая, суммарная плотность воздуха и металла. В результате этого средняя плотность корабля вместе с огромным объемом воздуха в его корпусе становится меньше плотности воды. Потому-то и не тонет тяжелый корабль

    Это интересно!!!

    Трюм корабля состоит из водонепроницаемых переборок. Если в один отсек попадает вода, то корабль оседает, но не тонет, так как переборки между отсеками не пропускают воду в другие отсеки. Как все просто! В трюме находится воздух, который легче воды, а сталь это только оболочка!

    А почему тогда затонул «Титаник»? «Титанику» не повезло: айсберг пропорол днище корабля вдоль всего корпуса от носа до кормы. 13 переборок не спасли гигантский лайнер.

    Почему корабль не тонет? Инженерная часть

    Кроме закона Архимеда и принципа воздушной подушки, инженеры кораблестроения используют еще кое-что. Это называется принцип рычага. Он обеспечивает плавучесть судна, а также его способностью сопротивляться ветру и волнам. Проектирование корабля можно рассмотреть на обычном тазике, плавающем в ванной. Если оставить предмет в небольшом объеме воды, то плавать он будет постоянно, а вот если перенести его в речку и пустить по воде, то через определенный период тазик наполнится жидкостью из-за ветра и волн и, естественно, утонет.

    Опыт 10 Почему под воздействием волн суда не переворачиваются

    Я взял пустую пластиковую бутылку, в воде она плавала. Опустил на дно бутылки магниты, бутылка встала (поднялась). Тяжесть на дне бутылки не дает ей падать. Поэтому корабль при любой качке не перевернется.

    Этот же принцип сработает и на громадном стальном корабле, если он будет характеризоваться малой остойчивостью. Ею называют способность корабля сохранять устойчивую позицию на воде. Зависимость этого показателя происходит от того места, в котором расположен центр тяжести судна. Чем выше поднимается этот центр, тем легче будет ветру и волнам перевернуть судно.

    Именно по этой причине все современные судна строятся с расчетом на то, что все тяжелые части вроде ходовых двигателей и т. д. располагаются в нижней части судна. Строительство кораблей также проходит с небольшим нюансом. Чтобы увеличить остойчивость и уменьшить риск потопления судна, конструкторы оборудуют дно корабля специальными свинцовыми накладками, которые исполняют роль утяжелителей.

    Заключение

    Я нашел ответ на свой вопрос «Почему корабли не тонут».

    ПОЧЕМУ КОРАБЛЬ НЕ ТОНЕТ? Корабли, лодки, плоты и другие тела удерживаются на плаву из-за наличия у воды выталкивающих свойств. Как и все остальные жидкости, вода создает направленное вверх давление, которое может поддерживать помещенные в воду твердые предметы. У кораблей в процесс обеспечения плавучести вовлечено несколько факторов, в том числе форма судна, его прочность и предусмотренные средства для противодействия волнам. В общем случае, корабль будет держаться на воде, если объем воды, который он вытесняет, весит больше, чем сам корабль.

    Говорят, что корабли сохраняют устойчивость (на языке специалистов — остойчивость), если после накреняющих силовых воздействий таких факторов, как волны или ветер, они могут вернуться на ровный киль. Если корабль неправильно спроектирован или загружен, подобные внешние воздействия могут привести к потере остойчивости и корабль может пойти ко дну.

    Мои гипотезы подтвердились. Я многое узнал о кораблях, но самое главное, я понял, почему потонул мой корабль.

    1. Внутри не было полостей, заполненных воздухом.

    2. Материал был довольно тяжелым, поэтому сила Архимеда не смогла удержать его.

    3. Не учитывался центр тяжести судна.

    4. В днище были пробоины (отверстия)

    Предстоит работа над ошибками. Хочу сделать новый корабль: красивый, плавучий, непотопляемый.

    Приложение 1

    Из истории кораблестроения

    Люди с давних времён хотели научиться плавать. Первыми плавательными средствами были связанные брёвна, плоты и челноки, выдолбленные из брёвен. Постепенно плавательные средства улучшались.

    Существует финикийская легенда о первом мореходе. Им был тирийский дровосек Ус. Однажды Ус настолько увлекся работой, что не заметил, как лес загорелся и он оказался в огненном полукольце. Пожар был сильный, так что пробиться сквозь него было невозможно. Что делать: утонуть в море или сгореть заживо? Ус выбрал первое: он срубил высокий кедр, очистил его от веток, столкнул на воду и устремился на нем в море. Так был найден способ преодолевать моря и океаны. Не исключено, что бревно или, скорее всего, несколько бревен, скрепленных между собой (плот), и были «первым плавающим кораблем». Во всяком случае, плот был известен всем народам и сохранил свою популярность и в эпоху весел, и в наше время.

    Плот – самое надежное плавучее средство передвижения. Он не может утонуть, даже если бы пытался. Но у плота есть и недостатки: он малоскоростной и плохо управляемый, не спасает от непогоды. И люди обращаются к другому древнейшему плавучему средству – лодке.

    Человек быстро понял, что для мореходства годятся всевозможные материалы, и начал изобретать самые разнообразные плавательные средства. В 19 веке паровые двигатели заменили парус, а вместо дерева начали использовать сталь. В настоящее время корабли представляют собой огромные лайнеры и авианосцы, которые бороздят просторы мирового океана и могут месяцами не заходить в порт.

    II.2. Строение корабля

    У каждого корабля своё предназначение, но у любого судна есть основные части: корпус корабля, нос, корма. Корабль имеет продолговатую форму, чем-то напоминающую глубокую тарелку. Палубы на корабле закрывают его как крышки. Также, я узнал, что на корабль наносится специальная линия (ватерлиния – контрольная отметка, до которой можно загружать судно). Если она видна над поверхностью воды, то беспокоиться не стоит. Если линия скрылась под водой – вероятность его затопления возрастает. К какому бы виду или классу не относилось плавательные средство, ему присущи общие элементы конструкции. В первую очередь, конечно, корпус, на котором установлены надстройки различного назначения, мачты и рубки. Важным элементом всех судов являются двигатели и движители, в общем, силовые установки. Для жизнедеятельности плавательные средства имеют значение устройства, системы, электрооборудование, трубопроводы и оборудование помещений.

    Строение корабля – не только корпус и надстройки, это еще и судовые устройства, специальное оборудование и палубные механизмы, обеспечивающие эксплуатацию судна.

    Корабль не тонет в воде. Почему корабль не тонет: физика в деле

    города Новосибирска«Кадетская школа- интернат

    «Сибирский Кадетский Корпус»

    Исследовательская работа по теме

    «Почему железные

    корабли не тонут?»

    Выполнил: ученик 4 «Б» класса
    МБОУ КШИ «СКК»
    ЕрощенкоАлександр ПетровичРуководитель: Бандурко Наталья Владимировна, учитель первой категории

    2016-2017 учебный год


    СОДЕРЖАНИЕ

    I .Введение………………………………………………………………

    II. Основная часть………………………………………………….…….

    II. 1.Из истории кораблестроения……………………..……………………………………..

    II. 2. Строение корабля………………………………………………….

    III. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………………………….

    IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………

    V. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………….

    VI .ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………….

    Введение

    Я учусь в Кадетском корпусе и в будущем мечтаю стать капитаном корабля. Сраннего детства меня интересовал вопрос:-Как так? Бросишь в воду камень,он сразу же начинает тонуть, а большие многотонные корабли держатся на плаву и не тонут. Я решил найти объяснение этого вопроса с помощью познавательной литературы, интернет – ресурсов и опытов.

    В моей работе «Почему железные корабли не тонут?» представлены исторические сведения о кораблестроении,об устройстве кораблей. Описание опытов.

    Цель моего исследования: выяснить, почему железные корабли не тонут.

    Задачи:

    1. Собрать информацию о причинах, по которым корабли держатся на плаву.

    2. Собрать и проанализировать информацию о плавучести тел.

    3 .Провести опыты, позволяющие выяснить условия, при которых тела плавают в воде.

    4. Сделать выводы, выполнить презентацию, представить свою работу одноклассникам.

    Гипотезы:

    1 . А что если корабли не тонут из – за своей формы?

    2 . Стальные корабли не тонут, потому что они легче воды, так как в них есть воздух.

    Объект исследования: причины плавания кораблей.

    Предмет исследования: изучение взаимодействия жидкости и предметов, помещённых в неё.

    Методы исследования:

    Анализ литературы, Интернет – ресурсов и других источников;

    Проведение опытов

    Практическая значимость : не всегда можно найти ответ на поставленный вопрос в учебнике. Появляется потребность получить этот ответ из жизненного опыта, наблюдений за окружающей действительностью, из результатов собственных экспериментов, которые позволяют расширить знания по данной теме, готовить и самостоятельно демонстрировать опыты, объяснять их результаты. Данная работа дает возможность сформировать представление об архимедовой силе, продолжить формирование умений устанавливать причинно-следственные связи между фактами, явлениями и причинами, также результаты исследования могут быть использованы на уроках окружающего мира, при проведении классных часов, внеклассных мероприятий.

    Проблема исследования: почему же такие огромные и тяжёлые корабли не тонут? Что позволяет им не только держаться на воде, но и перевозить тяжёлые грузы?

    II. Основная часть

    II.1. Из истории кораблестроения

    Люди с давних времён хотели научиться плавать. Первыми плавательными средствами были связанные брёвна, плоты и челноки, выдолбленные из брёвен. Постепенно плавательные средства улучшались.

    Существует финикийская легенда о первом мореходе. Им был тирийский дровосек Ус. Однажды Ус настолько увлекся работой, что не заметил, как лес загорелся и он оказался в огненном полукольце. Пожар был сильный, так что пробиться сквозь него было невозможно. Что делать: утонуть в море или сгореть заживо? Ус выбрал первое: он срубил высокий кедр, очистил его от веток, столкнул на воду и устремился на нем в море.Так был найден способ преодолевать моря и океаны. Не исключено, что бревно или, скорее всего, несколько бревен, скрепленных между собой (плот), и были «первым плавающим кораблем». Во всяком случае, плот был известен всем народам и сохранил свою популярность и в эпоху весел, и в наше время.

    Плот – самое надежное плавучее средство передвижения. Он не может утонуть, даже если бы пытался. Но у плота есть и недостатки: он малоскоростной и плохо управляемый, не спасает от непогоды. И люди обращаются к другому древнейшему плавучему средству – лодке.

    Человек быстро понял, что для мореходства годятся всевозможные материалы, и начал изобретать самые разнообразные плавательные средства. Долгое время именно судостроение, прошедшее путь от примитивных плотов и долбленых пирог до великолепных клиперов, было ведущей силой технического прогресса, а нужды навигации направляли развитие науки – астрономии, математики, механики. В 19 веке паровые двигатели заменили парус, а вместо дерева начали использовать сталь. В настоящее время корабли представляют собой огромные лайнеры и авианосцы, которые бороздят просторы мирового океана и могут месяцами не заходить в порт.

    II.2. Строение корабля

    У каждого корабля своё предназначение, но у любого судна есть основные части: корпус корабля, нос, корма. Корабль имеет продолговатую форму, чем-то напоминающую глубокую тарелку. Палубы на корабле закрывают его как крышки. Также, я узнал, что на корабль наносится специальная линия (ватерлиния – контрольная отметка, до которой можно загружать судно). Если она видна над поверхностью воды, то беспокоиться не стоит. Если линия скрылась под водой – вероятность его затопления возрастает.К какому бы виду или классу не относилось плавательныесредство, ему присущи общие элементы конструкции. В первую очередь, конечно, корпус, на котором установлены надстройки различного назначения, мачты и рубки. Важным элементом всех судов являются двигатели и движители, в общем, силовые установки. Для жизнедеятельности плавательныесредства имеют значение устройства, системы, электрооборудование, трубопроводы и оборудование помещений.

    Носом называется передняя, кормой – задняя оконечности корпуса, его боковые поверхности – бортами . Правый борт по ходу движения моряки называют штирбортом , левый – бакбортом .


    Нос корабля Корма

    Дном или днищем называется нижняя часть корабля, палубами – горизонтальные перекрытия. Трюм корабля – это самое нижнее помещение, которое находится между днищем и нижней палубой. Межпалубное пространство называется твиндеком.

    Палуба Трюм



    Твиндек Трюм

    Тип судна обуславливает и форму корпуса, и его размеры. Корпус корабля состоит из набора и обшивки. Переборки и палубы – это элементы, присущие определенным типам судов. Обшивка может быть изготовлена из дерева, как в древности и сегодня, пластмасс, сваренных между собой или склепанных стальных листов или даже железобетона. С внутренней стороны для поддержания прочности и формы корпуса обшивка и палуба подкреплены набором жестко скрепленных между собой балок, деревянных или стальных, которые располагаются в поперечном и продольном направлениях. В оконечностях корпус чаще всего заканчивается прочными балками: в корме – ахтерштевнем , а в носу – форштевнем . В зависимости от типа судна обводы носовой части могут быть разными. От них зависит уменьшение сопротивления движению судна, обеспечение маневренности и мореходных качеств.Подводный нос корабля уменьшает сопротивление воды, а значит, увеличивается скорость судна, и уменьшается расход топлива. А на ледоколах форштевень сильно наклонен вперед, за счет чего судно наползает на лед и разрушает его своей массой.

    Строение корабля – не только корпус и надстройки, это еще и судовые устройства, специальное оборудование и палубные механизмы, обеспечивающие эксплуатацию судна. Без рулевого или якорного устройства не представляют корабль даже люди, далекие от кораблестроения. А еще на каждом судне есть буксирное, швартовое, шлюпочное, грузовое устройства. Все они приводятся в действие и обслуживаются палубными вспомогательными механизмами, к которым относятся рулевые машины, буксирные, грузовые и шлюпочные лебедки, насосы и многое другое. Судовые системы – это многие километры трубопроводов с насосами, приборами и аппаратами, при помощи которых откачивается вода из трюмов или стоки, подается питьевая вода или пена при пожаре, обеспечивается отопление, кондиционирование и вентиляция. Механизмы машинного отделения обслуживаются топливной системой для питания двигателей, воздушной для подачи сжатого воздуха, охлаждения двигателей. С помощью электрооборудования обеспечивается освещение на судне и работа механизмов и устройств, которые питаются от судовой электростанции.

    Изучив данную информацию, мне по прежнему осталось непонятно – почему под водой мы можем поднять с легкостьюкамень, который с трудом поднимаем в воздухе. Если погрузить пробку подводу и выпустить её из рук, то она всплывёт. Когда мы плаваем в воде нашетело выталкивает на поверхность какие-то силы. Как можно объяснить этиявления? Почему такие большие корабли, сделанные из металла, перевозяттяжелые грузы, плавают и не тонут? Для выяснения этих вопросов я провел опыты, описанные в практической части.

      Практическая часть

    Опыт № 1 «Плавучесть разных материалов»

    Определяем плотность.

    Опыт 1. Все мы знаем, что, если бросить в воду деревянную доску, то она будет лежать на ее поверхности, а вот металлический лист такого же размера сразу начинает тонуть. Почему так происходит? Это определяется не весом предмета, а его плотностью. Плотность – это масса вещества, заключенная в определенном объеме.

    Опыт 2. А, что произойдет, если кубики опустить в воду? Как видно из опыта камень и металл утонули – их плотность больше плотности воды, а пенопласт и дерево нет – их плотность меньше плотности воды. Значит, любой предмет будет плавать, если его плотность меньше плотности воды.

    Следовательно, корабль, чтоб он держался на воде, надо сделать так, чтобы его плотность была меньше плотности воды. Предположим, делать его из такого материала, который имеет плотность меньше плотности воды и не тонет – например, из дерева. Из истории мы знаем, что человек именно из дерева делал вначале плоты, а затем лодки, используя свойство дерева–плавучесть. Сегодня мы видим много кораблей сделанных из металла, но они не тонут. Причина в том, что их корпус наполнен воздухом. Воздух намного менее плотное вещество, чем вода. У корабля образуется, как бы общая, суммарная плотность воздуха и металла. В результате этого средняя плотность корабля вместе с огромным объемом воздуха в его корпусе становится меньше плотности воды. Потому-то и не тонет тяжелый корабль. Подтвердим это опытом.

    Опыт 3. Мы взяли кубики одинакового размера 70×40х50 мм из разного материала – металл, дерево, камень и пенопласт и взвесили их. И увидели, что кубики имеют разный вес, а следовательно, и разную плотность. Вес кубика из: камня –264г, пенопласта – 3 г, металла – 1020 г, дерева – 70 г.

    Отсюда сделали вывод, что из кубиков самый плотный материал – это металл, затем камень, дерево и пенопласт.

    Опыт 4. Опустим в воду плоский лист металла – он сразу же тонет, а любая посудина с бортами остается на плаву – в ней образуется запас плавучести. Туда даже можно положить груз. Так же действует спасательные средства: жилет или круг, одетый на человека. С их помощью удается удержаться на плаву до прибытия спасателей.

    Выталкивающая сила

    Кроме того на погруженное в воду тело действует выталкивающая сила. На рисунке мы видим, что на тело со всех сторон действуют силы давления.

    Опыт 5. Мячик с воздухом внутри, погруженный в воду, с силой вылетает из нее вверх. Это действует на мяч выталкивающая сила (сила Архимеда). Она то и удерживает корабль на плаву и позволяет кораблю плавать.

    1-Силы поддержания; 2-Давление воды на борт судна. Отчего же зависит действие выталкивающей силы? Первое – это от объема корабля и второе – от плотности воды, в которой корабль плавает. Эта сила тем больше, чем больше объем погруженного тела. Проверим это опытом.

    Опыт 6 . Положим на плавающую доску небольшой груз –они тонут. А вот объем надувной лодки значительно больше, и она может выдержать даже несколько человек. Второе – выталкивающая сила меняется с увеличением плотности воды. Плотность воды можно увеличить, если ее сильно-сильно посолить. Докажем это следующим опытом.

    Опыт 7. Мы залили шарики желтый и оранжевый в соленую воду и опустили их в пресную воду аквариума – они утонули. А зеленый и синий шарики с пресной водой – остаются наплаву. Следовательно, плотность соленой воды увеличилась.

    Опыт 8. Опустим картофелину в емкость с солений водой – она остается на плаву. Затем опустим картофелину в емкость с пресной водой –она утонула.

    Из проведенного опыта видно, что в соленой воде на плаву удерживаются те предметы, которые прежде тонули.

    На основании проведенного исследования можно сделать выводы о том, что железные корабли не тонут и плавают потому, что :

    1. Корабль обладает достаточным запасом плавучести.

    2 .На корабль действует выталкивающая сила (сила Архимеда), направленная вверх. По закону Архимеда эта сила равна весу жидкости, вытесненной кораблем. Согласно выводам Архимеда на всякое тело, погружённое в жидкость, постоянно действует выталкивающая сила и величина её равна весу вытесненной этим телом воды. Если эта архимедова сила больше или равна весу тела, то оно не утонет. Корабли не тонут именно по этой причине. Нетрудно догадаться, что тело большого размера (объёма) вытеснит значительно больше воды, чем маленькое тело одинакового с ним веса и если утюг «раскатать» в достаточно тонкий лист фольги, то, аккуратно опущенный на поверхность воды, он будет на ней держаться. Железные суда проектируют и строят с таким расчётом, чтобы при погружении они вытесняли огромное количество воды, вес которой равен их весу в загруженном состоянии (это называется водоизмещением корабля) . В этом случае на них будет действовать выталкивающая архимедова сила соответствующей величины. Вот одна из причин, почему корабли не тонут. Можно объяснить, почему корабли не тонут, немного по-другому: тела, плотность которых меньше плотности воды, свободно плавают по её поверхности. Корабль внутри имеет множество пустых, наполненных воздухом помещений и средняя его плотность значительно меньше плотности воды. Поэтому корабли не тонут.

    III. Заключение

    Из литературы и Интернет- источников я узнал много интересного о кораблях и их способности держаться на поверхности воды.В ходе своего исследования я выяснил, что ошибался, когда думал, что в кораблестроении используются специальные лёгкие материалы. Но мои предположения о том, что стальные корабли не тонут, потому что имеют особую форму, оказались верны.Ещё я выяснил, что широкие корабли с высокими бортами вытесняют огромный объём воды, а чем больше объём воды, тем больше её отталкивающая сила. Это закон, который сформулировал древнегреческий учёный Архимед. Именно эта сила позволяет кораблям держаться на поверхности воды и перевозить многотонные грузы.

      Список используемой литературы

      Большая иллюстрированная энциклопедия школьника М. «МАХАОН», 2003 – 51 с.

      А. Дитрих, Г. Юрмин, Р. Кошурникова «Почемучка» М. «Педагогика», 1991 – 160-164 с.

      Л.А. Горев “Занимательные опыты по физике” М. Просвещение, 1985– 27-31.

      Сахарнов С. В. Плывут по морям корабли [Текст] / С. В. Сахарнов, К. Д. Арон // «Едем, плаваем, летаем». – Москва: «Детская литература», 1993. – С. 7-36.

    Приложение1

    Легенда об Архимеде

    Сила тяжести, действующее на тело, всегда направлена вниз и обусловлена

    притяжением Земли. Однако на тело, погруженное в жидкую или

    газообразную среду, действует еще какая–то сила, направленная вверх,

    против силы тяжести. Эта сила называется выталкивающей силой Архимеда

    – по имени древнегреческого учёного Архимеда, открывшего закон

    плавающих тел. Этот закон гласит, что на тело, погруженное в жидкость,

    действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной этим

    телом. Согласно легенде, Гиерон, тиран Сиракуз, поручил Архимеду

    выяснить, сделана ли его корона целиком из золота или же в нее подмешано

    серебро. Эта задача занимала Архимеда довольно долго, пока не помог

    случай. Однажды, принимая ванну, Архимед заметил, что чем больше он

    погружается в воду, тем больше воды выливается из ванны. Он понял, что

    это явление даст ему ключ к разгадке задачи, в восторге выскочил из ванны и

    побежал по городу, восклицая: «Эврика, эврика!» (Нашёл, нашёл!). Для того,

    чтобы раскрыть мошенничество с короной, Архимед применил следующий

    метод: он опустил в сосуд, наполненный водой, золотой слиток того же веса,

    что и корона, а потом собрал и взвесил вылившуюся воду. Потом он опустил

    в сосуд слиток серебра того же веса, что и корона и нашёл, что воды

    вылилось больше. Это объясняется тем, что при одинаковом весе объём

    серебра превышает объём золота. Повторив опыт с короной вместо слитков,

    Архимед получил результат, лежащий где–то посередине между

    результатами двух предыдущих опытов.

    После этого он заключил, что корона сделана не из чистого золота. Таким образом, Архимед заложил основы гидростатики – одного из разделов механики.

    Приложение 2

    Опыт №1.

    Опыт№2.

    Опыт№3.

    Опыт№ 4 .


    Опыт №5.

    Опыт№6.

    Опыт№7.

    Способность держаться на поверхности воды свойственна не только кораблям, но и некоторым животным. Взять хотя бы водомерку. Это насекомое из семейства полужесткокрылых уверенно чувствует себя на водной глади, перемещаясь по ней скользящими движениями. Такая плавучесть достигается благодаря тому, что кончики лапок покрывают жесткие волоски, которые не смачиваются водой.

    Ученые и изобретатели надеются, что в будущем человек сможет создать транспортное средство, которое будет передвигаться по воде по принципу водомерки.

    Но в отношении традиционных судов принципы бионики не действуют. Объяснить плавучесть корабля, сделанного из металлических деталей, сможет любой ребенок, знакомый с основами физики. Как гласит закон Архимеда, на тело, которое погружается в жидкость, начинает действовать выталкивающая сила. Ее величина равна весу воды, вытесняемой телом при погружении. Тело не сможет , если сила Архимеда превышает вес тела или равна ему. По этой причине корабль остается на плаву.

    Чем больше объем тела, тем больше воды он вытесняет. Железный шар, опущенный в воду, тут же утонет. Но если его раскатать до состояния тонкого листа и сделать из него полый внутри шар, то такая объемная конструкция будет держаться на воде, лишь слегка в нее погрузившись.

    Суда с металлической обшивкой строят таким образом, чтобы в момент погружения корпус вытеснял очень большое количество воды. Внутри корабельного корпуса имеется множество пустых областей, заполненных воздухом. Поэтому средняя плотность судна оказывается значительно меньше, чем плотность жидкости.

    Как сохранить плавучесть судна?

    Корабль держится на плаву, пока его обшивка исправна и не имеет повреждений. Но судна окажется под угрозой, стоит ему получить пробоину. Сквозь прореху в обшивке внутрь судна начинает поступать вода, заполняя его внутренние полости. И тогда корабль вполне может затонуть.

    Чтобы сохранить плавучесть судна при получении пробоины, его внутреннее пространство стали разделять перегородками. Тогда небольшая пробоина в одном из отсеков не угрожала общей живучести судна. Из отсека, который подвергался затоплению, с помощью насосов откачивали воду, а пробоину старались заделывать.

    Хуже, если повреждалось сразу несколько отсеков. В этом случае судно могло утонуть из-за потери равновесия.

    В начале XX века профессор Крылов предложил умышленно затапливать отсеки, расположенные в части судна, которая противоположна тем полостям, что подверглись затоплению. Корабль при этом несколько осаживался в воду, но оставался в горизонтальном положении и не мог утонуть в результате переворачивания.

    Предложение морского инженера было столь необычным, что на него долгое время не обращали внимания. Только после поражения российского флота в войне с Японией его идею взяли на вооружение.

    Современные океанские лайнеры по своим характеристикам выгодно отличаются от тех парусных судов, которые бороздили морские просторы несколько веков назад. Казалось бы, нынешние технологии должны обеспечить кораблям высокую живучесть и непотопляемость. Однако и теперь морские суда время от времени тонут. Причины морских катастроф могут быть самыми разными.

    Инструкция

    Современные суда оснащают самыми совершенными навигационными системами. Материалы, из которых изготовляют корпуса кораблей, отличаются высокой прочностью, устойчивостью к износу и повреждениям. Но время от времени в печати появляются печальные сообщения о гибели морских судов. Эти неприятности случались на море много веков назад, невозможно полностью исключить морские катастрофы и в XXI столетии.

    Самая распространенная причина происходящих с кораблями катастроф заключается в пренебрежительном отношении экипажа к правилам мореходства. Опытные моряки знают, самое безопасное место для корабля – это суша. В море или океане корабль всегда подстерегают многочисленные неприятности. Особенно опасно плавание возле прибрежной полосы. Именно здесь чаще всего встречаются сильные течения, отмели и скалы, которые могут повредить судно.

    Действительно, очень часто судно получает неустранимые повреждения, когда на полном ходу натыкается на препятствие. Обшивка корпуса достаточно крепка, но и она имеет предел прочности. Если судно получило серьезную , в трюм начинает поступать вода, которая заполняет отсеки. По этой причине судно теряет устойчивость и вполне может перевернуться.

    Чтобы снизить вероятность затопления, внутреннее пространство современных кораблей стараются делить на герметичные отсеки, внутри которых устанавливают мощные насосы, способные откачать воду. Хуже всего, когда пробоина настолько велика, что помпы не могут справиться с нагрузкой. Большую прореху в обшивке заделать в море практически невозможно. Экипажу остается надеяться только на спасательные средства.

    Любой корабль проектируется так, чтобы он имел определенный запас прочности и плавучести. Если поврежденное судно оказывается в океанских просторах в условиях сильного волнения или даже настоящего шторма, шансы на то, что корабль останется на плаву, уменьшаются. В условиях мощных волн некоторые суда, имеющие узкий и длинный корпус, вполне могут переломиться пополам. Итогом становится неминуемое погружение корабля под воду.

    Еще одна из причин затопления корабля – неправильно размещенный и небрежно закрепленный груз. При шторме содержимое трюма вполне может переместиться в сторону, что нередко приводит к возникновению сильного крена. Если нагрузка на один из бортов становится критической, корабль способен опрокинуться набок и даже перевернуться вверх дном, после чего судно может пойти ко дну.

    Полностью гарантировать безопасность при движении корабля по водным просторам нельзя. Но можно снизить вероятность трагедии, если неукоснительно соблюдать все правила вождения судов, выработанные многими поколениями мореходов, и с предельным вниманием отнестись к изменяющимся условиям, в которых проходит плавание.

    Издревле человечество стремилось осваивать речные и морские просторы планеты. Первые ареалы расселения человека были образованы на берегах рек, озер, морей. Речные и морские пути – это первейшие транспортные магистрали, используемые человеком. Для освоения водных ресурсов развилась целая наука – судостроение. Постройка кораблей основана на целом комплексе наук и ремесел, опыте специалистов и технических достижениях

    История судостроения

    Историческая наука не может определить точных дат начала строительства судов. Но во многих письменных источниках упоминается о морских судах и существовании торговых путей, которые связывали между собой человеческие поселения. Эти свидетельства подтверждают высокие достижения древних кораблестроительных технологий. Первые простейшие суда задолго до колесной повозки.

    В мифологии приведены детальные описания постройки кораблей. Уже примерно 2500 лет назад корабли различались по своему назначению – для перевозки грузов и для транспортировки пассажиров. Корабли приводились в действие шестами, веслами, парусами. Уже позднее стали строить судна для отдыха богатых людей. Основным материалом для постройки кораблей было дерево. Современные суда строят из металла, причем толщина каркаса может быть такой, что ее практически невозможно пробить.

    Как корабль держится на воде

    Способность корабля плавать в определенном положении определяется термином «плавучесть».
    Плавучесть – свойство погруженного в жидкость тела оставаться в равновесии, не выходя из воды и не погружаясь дальше, то есть плавать.

    Плавучесть судна обоснована тем, что сила тяжести судна уравновешивается выталкивающими силами воды, которые возникают в процессе гидростатического давления на корпус корабля. Эту взаимосвязь вывел в своем законе древнегреческий ученый Архимед. Выталкивающие силы воды зависят от плотности жидкости и объема корпуса корабля. Под действием этих сил корабль может двигаться.
    Гидростатическое давление – это отношение сил к площади тела внутри любой жидкости, обусловленные весомостью жидкости.

    Имеется несколько условий для плавания судна: если сила тяжести корабля больше гидростатического давления, то судно будет ; если сила тяжести корабля равна гидростатическому давлению, то судно будет находиться в равновесии в любой точке жидкости, будет плавать внутри жидкости; если сила тяжести меньше гидростатических сил, то судно будет держаться на поверхности.

    Корабли по своей массе действительно тяжелые, но у них достаточный запас воздуха внутри корпуса и высокие борта. Сила тяжести любого судна меньше гидростатических сил воды, поэтому корабли держатся на воде. Если превысить грузоподъемность судна, то сила тяжести будет больше воздействия гидростатических сил, и корабль затонет. Аналогичная ситуация возникнет, если судно получило пробоину. Корпус наполнится водой, сила тяжести увеличивается, корабль тонет.

    Если бросить в воду маленький камешек или медную монетку, они немедленно пойдут ко дну. Почему же тогда массивное и тяжелое деревянное бревно не тонет, а всего лишь слегка погружается в воду? Здесь срабатывают законы физики. Способность предметов плавать на поверхности жидкости объясняется различиями в плотности веществ.

    Что такое плотность

    Под плотностью вещества в подразумевают физическую величину, в которой между собой соотносятся масса и объем какого-либо тела. Плотность – существенный и относительно постоянный признак вещества, который широко используется для распознавания различных материалов, природа которых на глаз не определяется.

    Зная плотность вещества, можно установить массу тела.

    Любые тела, которые окружают человека в повседневной жизни, состоят из разнообразных материалов или веществ. Людям в быту и производственной деятельности часто приходится иметь дело с металлами, древесиной, пластмассами, камнем и так далее. Каждый материал имеет свою плотность. По этой причине масса двух разных предметов, имеющих одинаковые объем, форму и размеры, но изготовленных из разных веществ, будет различной.

    Почему не тонет бревно

    Различия в плотности воды и древесины как раз и позволяют тяжелому и массивному бревну не тонуть, а уверенно держаться на поверхности. Дело в том, что при нормальных условиях плотность воды равна единице. А вот у дерева этот показатель гораздо ниже. Поэтому увесистый кусок сухого дерева удерживается на поверхности жидкости, совсем незначительно в нее погружаясь.

    Однако при определенных условиях утонуть способно и дерево. Если бревно длительное время находилось в воде, оно постепенно пропитывается влагой и набухает. В этом случае плотность бревна изменяется и может превысить плотность жидкости. Это явление часто наблюдалось во время промышленного сплава бревен по воде, когда они перегонялись к месту переработки естественным путем, без применения транспорта.

    На реках, в местах усиленного сплава леса, до сих пор можно обнаружить так называемые топляки. Это бревна, которые полностью или частично затонули, легли на дно или зависли в слегка подтопленном состоянии. Топляки доставляют много неприятностей рыболовам-любителям. Они также представляют опасность для судов, движущихся с высокой скоростью.

    Екатерина Щукина
    Конспект занятия «Почему не тонут корабли»

    Тема : «Почему не тонут корабли .

    Программное содержание : Закрепить знания детей о водном транспорте, свойствах воздуха. Развивать логическое мышление, умение рассуждать, высказывать свои предположения, аргументировать свои высказывания, познавательную активность.

    Материалы : иллюстрации различных моделей кораблей и пароходов ; прозрачная ёмкость с водой; металлические предметы : скрепки, магнит, ножницы, чайная ложка, ключ, две баночки из-под леденцов, одна из которых с парусом; поднос, бумажные веера.

    Ход занятия : В начале занятия педагог обращает внимание детей на иллюстрации с изображением кораблей , размещенные на доске.

    Ребята, сегодня на занятии мы с вами поговорим о транспорте. Но для начала разгадайте загадку :

    Ходит город-великан

    На работу в океан.

    О чём эта загадка? (о пароходе, корабле )

    Совершенно верно. Сегодня на занятии мы будем говорить с вами о кораблях . Посмотрите внимательно на доску. Что такое изображено на всех иллюстрациях, вывешенных на доске? (корабль , пароход, парусник, лодка, катер)

    Как одним словом можно назвать их всех? (водный транспорт)

    Почему все они относятся к водному транспорту? (все они передвигаются по воде)

    Для чего нужен водный транспорт? (перевозить грузы, пассажиров, путешествовать)

    Вспомните, из чего раньше строили корабли и лодки ? (из дерева)

    Из чего строят корабли теперь ? (из металла)

    Как вы думаете, почему ?

    Дети высказывают свои предположения.

    Ребята, посмотрите. Здесь на подносе у меня лежат какие-то предметы (педагог показывает лежащие на подносе скрепки, магнит, ножницы, чайную ложку, металлическую баночку из-под леденцов и предлагает детям назвать их).

    Ребята, как вы думаете, какое отношение все эти предметы имеют к кораблям ? Что между ними общего? (все они также как и корабли сделаны из металла )

    Чем отличаются эти предметы между собой?

    Какими свойствами обладает металл? (он твёрдый, тяжёлый, тонет в воде) .

    Если мы опустим эти предметы в воду, они поплывут? (нет) Почему ? (они тяжёлые)

    А давайте попробуем.

    Поочередно дети опускают предметы с подноса в воду и наблюдают за тем, что с ними происходит.

    Что с ними произошло? (они утонули , пошли ко дну)

    Значит, мы можем сделать вывод, что металлические предметы не обладают плавучестью, тонут . Но посмотрите на наши иллюстрации с кораблями . Они тоже построены из металла, и гораздо больше по размеру, однако плавают. Как такое возможно? Почему корабли , построенные из металла, не тонут ? (его волны держат, они большие, и т. д.)

    Педагог показывает детям металлическую баночку из-под леденцов.

    Это наш с вами кораблик . Он, как и настоящие корабли , сделан из металла. Как вы думаете, он поплывёт? (нет) Почему ?

    Педагог опускает банку в воду.

    Почему она не тонет ?

    Дети высказывают свои предположения, аргументируя их.

    Ребята, что находится внутри нашего кораблика (банки? (Воздух)

    А внутри больших кораблей воздух есть ? Где он находится? Влияет ли воздух на их плавучесть? Как?

    В кораблях тоже есть воздух , который держит их на плаву. А почему тогда утонули другие металлические предметы? (в них нет воздуха)

    Почему воздух держит корабли на плаву ? (он легче воды)

    И всё же, иногда случаются кораблекрушения , и корабли тонут , идут ко дну. Как вы думаете, почему это происходит ?

    Как вы думаете, влияет ли на это погода? Как влияет? (сильный ветер и волны)

    «….Ветер по морю гуляет

    И кораблик подгоняет .

    Он бежит себе в волнах

    На раздутых парусах…»

    Когда погода портится, на море начинается шторм, буря. А что такое шторм? Буря? (сильный ветер, гроза, большие волны)

    Как влияет сильный ветер на то, что корабли тонут ? (рвёт паруса)

    Как влияет вода на то, что корабли идут ко дну ? (волны заливают корабль )

    Но мы же с вами выяснили, что корабли не тонут потому , что их держит на плаву воздух. Почему же тогда во время шторма происходит с кораблями , что они могут пойти ко дну?

    Дети выдвигают свои предположения.

    Давайте мы посмотрим, как влияет сильный ветер на плавучесть кораблей .

    Педагог предлагает детям взять веера и начать сильно махать на «кораблик » и понаблюдать, что при этом происходит.

    Что происходит с кораблём при сильном ветре ? (начинается шторм, буря и «кораблик терпит кораблекрушение )

    Как вы думаете, а что сильнее влияет на то, что корабли терпят кораблекрушение : вода или ветер? Почему ? (они равны по силе)

    В конце занятия педагог подводит итог.

    Какой серьёзный вопрос мы сегодня выясняли на нашем занятии ? (почему не тонут корабли )

    И почему же они не тонут ? (в полостях корабля содержится воздух . Он легче воды, поэтому держит корабль на плаву )

    Публикации по теме:

    12 Апреля-День космонавтики!Этот праздник мы помним с самого детства. И наверное не секрет,что каждый из нас когда то в далеком детстве мечтал.

    Конспект непрерывной образовательной деятельности «Корабли для путешествия» 1. Введение в ситуацию. Дидактические задачи: мотивировать детей на включение в игровую деятельность. Воспитатель собирает детей около.

    КОНСПЕКТ НОД В СТАРШЕЙ ЛОГОПЕДИЧЕСКОЙ ГРУППЕ ПО ИЗОДЕЯТЕЛЬНОСТИ (ПЛАСТИЛИНОГРАФИЯ, РИСОВАНИЕ) Тема: «КОРАБЛИ КАЧАЮТСЯ НА ВОЛНАХ».

    Конспект образовательной деятельности по ИЗО в подготовительной группе (аппликация) «Корабли на рейде» Цель:Упражнять в вырезании и составлении изображения предмета (корабля,корабля,передавая основную форму и детали. Закреплять умение детей.

    Конспект занятия по конструированию из мелкого строительного материала «Корабли» в подготовительной группе детей с ЗПР Цель: научиться моделировать из геометрических фигур и конструировать по модели различные виды судов. Пр. зад. : формировать умения детей.

    Вот уже третий год в нашем детском саду проводится военный парад, посвященный Великой Победе в ВОВ «Мы этой памяти верны». Начинается он.

    Согласно историческим сведениям, судостроение появилось еще во времена Древнего Египта и Древнего Китая. Уже тогда корабли использовались для перевозки товаров и в военных целях. Также в истории упоминается том, что суда восточных славян состояли из каркаса, который обтягивался кожей.

    Современные корабли создаются из металла. Стены их очень толстые и непробиваемые. Тем не менее, удивительно, почему железные корабли не тонут и находятся на плаву, ведь они такие огромные и тяжелые. Ведь если, например, бросить в воду маленький металлический шарик, то он моментально утонет. В чем секрет?

    Все дело в воздухе

    Дело в том, что корабль, кроме высоких бортов, имеет внутри своего корпуса (ведь он полый) запас воздуха. А как известно, воздух имеет меньшую плотность, чем вода. Вот объяснение тому, почему корабли не тонут. Потонуть судно может, если не соблюсти установленную при проектировании и сборке грузоподъемность. Также если образовывается пробоина, то попавшая внутрь корпуса вода вытесняет воздух, и судно сразу идет ко дну.

    Сила Архимеда

    В данном случае объяснение, почему судно не тонет, немного другое. Здесь действует закон силы Архимеда, согласно которому вода выталкивает из себя погруженные в нее тела с силой, равной весу жидкости, которая была вытеснена этим телом. Соответственно, чем больше объем корабля, тем сильнее его выталкивает вода.

    Корабли проектируют таким образом, чтобы во время погружения они вытесняли большой объем воды. Вес такого количества воды должен быть равен весу судна, когда он находится в загруженном состоянии. Данное явление называется водоизмещением корабля.

    Помогал проводить Денис Зеленов. 10 лет.

    Летом Денис купался на Волго — Донском канале. Смотрел на большие корабли, как они идут по каналу, поднимаются и опускаются в камере шлюза. И задумался: что позволяет им не только держаться на воде, но и перевозить тяжелые грузы?

    Почему корабли могут ходить по воде?

    Причин несколько.

    1. Плотность

    Опыт 1

    Все мы знаем, что если бросить в воду деревянную доску, то она будет лежать на ее поверхности, а вот металлический лист такого же размера сразу начинает тонуть.

    Почему так происходит? Это определяется не весом предмета, а его плотностью . Плотность – это масса вещества, заключенная в определенном объеме.

    Опыт 2

    Мы взяли кубики одинакового размера 70×40х50 мм из разного материала — металл, дерево, камень и пенопласт и взвесили их. И увидели, что кубики имеют разный вес, а следовательно, и разную плотность.

    Вес кубика из:

    • камня –264гр.,
    • пенопласта — 3 гр.,
    • металла — 1020 гр.,
    • дерева – 70 гр.

    Отсюда сделали вывод, что из кубиков самый плотный материал – это металл, затем камень, дерево и пенопласт.

    Опыт 3

    А что произойдет, если эти кубики опустить в воду? Как видно из опыта камень и металл утонули – их плотность больше плотности воды, а пенопласт и дерево нет – их плотность меньше плотности воды. Значит, любой предмет будет плавать, если его плотность меньше плотности воды.

    Следовательно, корабль, чтоб он держался на воде, надо сделать так, чтобы его плотность была меньше плотности воды. Предположим, делать его из такого материала, который имеет плотность меньше плотности воды и не тонет – например, из дерева. Из истории мы знаем, что человек именно из дерева делал вначале плоты, а затем лодки, используя свойство дерева –плавучесть.

    Сегодня мы видим много кораблей сделанных из металла, но они не тонут. Причина в том, что их корпус наполнен воздухом. Воздух намного менее плотное вещество, чем вода. У корабля образуется, как бы общая, суммарная плотность воздуха и металла. В результате этого средняя плотность корабля вместе с огромным объемом воздуха в его корпусе становится меньше плотности воды. Потому-то и не тонет тяжелый корабль. Подтвердим это опытом.

    Опыт 4

    Опустим в воду плоский лист металла – он сразу же тонет, а любая посудина с бортами остается на плаву — в ней образуется запас плавучести. Туда даже можно положить груз.

    Так же действует спасательные средства: жилет или круг, одетый на человека. С их помощью удается удержаться на плаву до прибытия спасателей.

    2. Выталкивающая сила

    Кроме того на погруженное в воду тело действует выталкивающая сила. На рисунке мы видим, что на тело со всех сторон действуют силы давления:

    Силы, действующие в горизонтальном направлении, т.е. на борта судна, взаимно компенсируют друг друга. Давление же на нижнюю поверхность – на днище, превышает давление сверху. Вследствие этого возникает направленная вверх выталкивающая сила.

    Это хорошо видно из следующего опыта.

    Опыта 5

    Мячик с воздухом внутри, погруженный в воду, с силой вылетает из нее вверх.

    Это действует на мяч выталкивающая сила (сила Архимеда). Она то и удерживает корабль на плаву и позволяет кораблю плавать.

    1-Силы поддержания; 2-Давление воды на борт судна

    Отчего же зависит действие выталкивающей силы?

    Первое – это от объема корабля и второе — от плотности воды, в которой корабль плавает. Эта сила тем больше, чем больше объем погруженного тела. Проверим это опытом.

    Опыт 6

    Положим на плавающую доску небольшой груз –они тонут. А вот объем надувной лодки значительно больше, и она может выдержать даже несколько человек.

    Второе — выталкивающая сила меняется с увеличением плотности воды. Плотность воды можно увеличить, если ее сильно-сильно посолить.

    Докажем это следующим опытом.

    Презентация к уроку физики в 7 классе “Почему корабли не тонут?”

    Добрый день! Рад Вас всех видеть!

    Что мы изучали на прошлом уроке?

    Архимед

    Действует ли выталкивающая сила на всякое погруженное в жидкость или газ тело?

    Экспериментальная проверка полученных знаний

    Действует ли на эти тела, погруженные в воду (плотность 1000 кг/м 3 ), архимедова сила и как это проявляется?

    Запись и объяснение наблюдаемых результатов

    Тонут

    Всплывают

    Предполагаемое объяснение

    ρ жид всплывает ρ тела жид”

    Условия плавания тел

    плавает

    тонет

    ρ тела = ρ жид

    ρ тела ρ жид

    всплывает

    ρ тела жид

    ρ жид”

    Закрепление материала.

    Тело тонет,

    если …

    ρ тела ρ жид

    Закрепление материала.

    Тело всплывает,

    если …

    ρ тела жид

    Закрепление материала.

    Тело плавает внутри жидкости или на ее поверхности,

    если …

    ρ тела = ρ жид

    F a = F тяж

    Занимательная задачка

    Почему в недосоленном супе ощипанная курица тонет, а в пересоленном спасается вплавь?

    Первые плавательные суда

    Современные плавательные суда

    Плавание судов

    Глубина погружения корпуса судна в воду называется ОСАДКОЙ

    Максимально допустимую для безопасного плавания осадку отмечают на корпусе судна специальной горизонтальной линией – ВАТЕРЛИНИЕЙ

    Характеристики судов

    Подводная

    лодка

    3

    4

    5

    1. Палубные надстройки

    2. Механизмы подачи сжатого воздуха

    3. Прочный корпус

    4. Балластные цистерны

    5. Легкий корпус

    Э Т О И Н Т Е Р Е С Н О !

    В 1776 году школьный учитель Дэвид Бушнелл сконструировал одноместную подводную лодку, которая походила на два сложенных основаниями черепашьих панциря (отсюда ее название «Тертл» – («Черепаха»).

    Лодка несла мину с 65 кг пороха, которую можно было привинтить буравом к деревянному днищу судна противника.

    «Тертл» стала первой подлодкой применяемой в военных целях.

    Домашнее задание:

    Прочитать параграфы 50-51 учебника

    Выполнить задачи: №626, 633, 641*

    Видеозадача «Волшебное воздухоплавание»

    В книге Дж. К. Ролинг «Гарри Поттер и узник Азкабана» так описывается сцена невольного волшебства, которое совершил Гарри над злой тетушкой, оскорбившей его родителей:

    «Ее продолжало раздувать. Полное красное лицо опухло, крошечные глазки полезли из орбит, а рот растянулся до ушей… Скоро тетушка превратилась в громадный воздушный шар. Тетушку оторвало от стула и она поплыла к потолку».

    Полагая, что масса тетки в описанном процессе не менялась, вычислите во сколько раз должен увеличиться объем ее тела по сравнению с обычным для приобретения им плавучести в земной атмосфере?

    Опираясь на новые знания, полученные на уроке, продолжите фразу:

    Оказывается, что …

    СПАСИБО за работу!

    Корабли и катера | Как они плавают?

    По воде нельзя ходить: ты слишком тяжелый и ты утонешь как камень. Но этот авианосец может плавать, хоть и более 300 м (1000 футов) в длину, по крайней мере в миллион раз тяжелее вас, и вмещает около 70 самолетов и 4000 моряки. Суда (большие океанские суда) и лодки (более мелкие) являются блестящим примером того, как науку можно использовать для решения простая проблема.Более двух третей поверхности Земли покрыто вода, так что хорошо, что наука помогает нам покорить волны. Как именно корабли делают свое дело? Давайте посмотрим внимательнее!

    Фото: Авианосец проходит 342 м (1123 фута) от носа до кормы. USS Enterprise до выхода на пенсию в 2013 году был самым длинным военным кораблем в мире. Несмотря на огромные размеры этого корабля, обратите внимание на то, как его нос (передняя часть) довольно остро заострен, поэтому он отталкивает воду, создавая меньшее сопротивление и позволяя кораблю двигаться быстрее и быстрее. более эффективно.Фото Брукса Б. Паттона любезно предоставлено ВМС США.

    Что такое лодки?

    Не такой уж и глупый вопрос! Корабль или лодка (с этого момента мы будем называть их все лодки) – это транспортное средство, которое может плавать и перемещаться по океану, реке или другому водному месту, либо через собственное сила или использование силы элементов (ветра, волн или Солнца). Самый лодки частично движутся по воде и частично над водой, но некоторые (особенно суда на воздушной подушке и суда на подводных крыльях) подниматься и ускоряться над ним в то время как другие (подводные лодки и подводные аппараты, которые малы подводные лодки) целиком уходят под нее.Это звучит как вполне педантичные различия, но они оказываются очень важными – поскольку мы увидим через мгновение.

    Почему лодки плавают?

    Все лодки могут плавать, но плавать сложнее и сбивает с толку, чем кажется, и это лучше всего обсудить через научная концепция, называемая плавучестью, которая сила, вызывающая плавание. Любой объект будет либо плавать или утонуть в воде в зависимости от ее плотности (сколько определенный объем его весит). Если он плотнее воды, он обычно тонет; если он менее плотный, он будет плавать.Неважно, насколько большой или маленький объект: золотое кольцо утонет в воде, а кусок пластик размером с футбольное поле будет плавать. Основное правило состоит в том, что объект утонет, если он весит больше, чем точно такой же объем воды. Но это не совсем объясняет, почему авианосец (сделанный из плотного металла) может плавать, так что давайте исследуем немного дальше.

    Положительная, отрицательная и нейтральная плавучесть

    Плавучесть легче всего понять, думая о подводная лодка.У него есть водолазные самолеты (ласты, установленные сбоку) и балластные цистерны, которые он может заполнять водой или воздухом, чтобы заставить его подниматься или опускаться по мере необходимости. Если его резервуары полностью заполнены воздухом, он считается плавучим: резервуары весят меньше, чем равный объем воды, и заставляют субмарину плавать на поверхности. Если резервуары частично заполнены воздухом, можно сделать подводную лодку плыть на некоторой средней глубине воды, не поднимаясь и не поднимаясь. опускается. Это называется нейтральной плавучестью.Другой вариант – для полного заполнения баков водой. В этом случае подводная лодка имеет отрицательную плавучесть, что означает, что она тонет морское дно. Узнайте больше о том, как подводные лодки поднимаются и опускаются.

    Фото: Подводные лодки могут подниматься на поверхность или опускаться на любую выбранную глубину, контролируя свою плавучесть. Они делают это, впуская в балластные цистерны точное количество воды или воздуха. Фото любезно предоставлено ВМС США.

    Плавучесть на поверхности

    Сейчас большинство лодок не работают одинаково как подводные лодки.Они не тонут, но и не плавают точно. Лодка частично плывет, а частично тонет под собственным весом и какой вес он несет; чем больше сумма этих двух веса, тем ниже он сидит в воде. Так много веса лодка может нести, не погружаясь в воду настолько, что … действительно полностью тонет! Чтобы корабли могли безопасно плыть, нам нужно знать, какой вес мы можно вставить или накинуть на них, даже не приближаясь к этой точке. Так как мы можем это выяснить?

    Принцип Архимеда

    Человек, первым придумавший ответ, был Греческий математик Архимед, примерно в третьем веке до нашей эры.Согласно популярной легенде, ему было поручено выяснить, действительно ли корона для короля было либо чистое золото, либо дешевая подделка, частично сделанная из смеси золото и серебро. Одна из версий этой истории гласит что он принимал ванну и заметил, как уровень воды поднялся, когда он погрузил свое тело. Он понял, что если он уронил золотую корону в ванну, она вытолкнула или «сместила» собственный объем воды за бортом, что дает ему простой способ измерения объем очень сложного объекта.Взвесив корону, он мог легко вычислить ее плотности (его масса, деленная на его объем) и сравните его с массой золото. Если плотность была ниже, чем у золота, корона явно была подделкой. Другие версии этой истории рассказывают немного иначе – и многие думают, что наверное, вся сказка все равно выдумана!

    Позже он придумал знаменитый закон физики, ныне известный как принцип Архимеда: когда что-то покоится в воде или на воде, оно ощущает восходящую (плавучую) силу равняется весу воды, которую он отталкивает (или вытесняет).Если объект полностью погружен в воду, эта подъемная сила, толкая вверх, эффективно уменьшает его вес: кажется, что под водой он весит меньше, чем на суше. Вот почему что-то вроде резинового дайвинг-кирпича (один из тех кирпичей, с которыми вы тренируетесь в бассейне) кажется легче, когда вы берете его из-под воды, чем когда вы поднимаете его на поверхность и поднимаете по воздуху: под водой вы получаете помощь рука от выталкивающей силы.

    Все это объясняет, почему вес корабля (и его содержимого) обычно называют его весом. смещение: если бы океан был чашей воды, заполненной до краев, водоизмещение корабля составляет вес воды, которая пролилась бы через край, когда Корабль был спущен на воду.USS Enterprise в на нашем верхнем фото водоизмещение около 75000 тонн без груза или 95000 тонн с полной загрузкой, когда он находится несколько ниже в воде. Поскольку пресная вода менее плотная, чем соленая, то же судно будет сидеть ниже в реке (или устье, где есть смесь пресноводных и соленая вода), чем в море.


    Фото: Этот относительно небольшой контейнеровоз может перевозить 17 375 тонн (метрических тонн). груза. Крупнейшие контейнеровозы перевозят в десять раз больше (около 200 тысяч тонн).Фото Лауры А. Мур любезно предоставлено ВМС США и заархивировано на Wikimedia Commons.

    Аптраст

    Иллюстрация: Вес корабля, тянущего вниз, уравновешивается восходящей тягой – давлением воды под ним, толкающей вверх.

    К сожалению, ничто из этого на самом деле не объясняет , почему авианосец плывет! Так почему это происходит? Откуда на самом деле исходит эта «волшебная» плавучая сила? Авианосец занимает огромный объем, поэтому его вес распределяется по большой площади. океан.Вода – довольно плотная жидкость, которая практически невозможно сжать. Его высокая плотность (и, следовательно, большой вес) означает, что он может оказывать большое давление: он выталкивается наружу внутрь. во всех направлениях (то, что вы можете легко почувствовать при плавании под водой, особенно при подводном плавании с аквалангом). Когда авианосец находится на воде, частично погруженный в воду, давление воды уравновешивается во всех направлениях, кроме вверх; другими словами, существует чистая сила (называемая аптрастом) поддерживая лодку снизу. Лодка тонет в воде под собственным весом и подталкивается восходящим движением.Насколько низко он опускается? Чем больше он весит (включая вес, который он несет), тем ниже он опускается:

    • Если вес лодки меньше максимального объема воды, который она может когда-либо оттолкнуть (сместить), она плавает. Но он тонет в воде до тех пор, пока его вес и подъем не уравновешиваются.
    • Чем больше нагрузки вы добавляете к лодке, тем больше она весит и тем больше ей придется тонуть, чтобы подъемный рывок уравновесил ее вес. Почему? Поскольку давление воды увеличивается с глубиной: чем дальше в воду погружается лодка, фактически не погружаясь, тем больше создается подъемный подъем.
    • Если лодка продолжает тонуть до тех пор, пока не исчезнет, ​​это означает, что она не может произвести достаточного подъема тяги. Другими словами, если лодка весит больше, чем общий объем воды, который она может оттолкнуть (вытеснить), она тонет.

    Upthrust – все просто

    Чтобы представить себе идею аптраста, подумайте о том, что происходит, когда вы загружаете корабль.

    1. Корабль без груза на некоторое время тонет в воде. Количество вытесняемой им воды (заштрихованная область) весит столько же, сколько и корабль.Вес корабля, тянущего вниз (красная стрелка) и толкающего вверх (синяя стрелка), равны и противоположны, поэтому корабль плывет.
    2. А что, если мы начнем загружать корабль? Он опускается дальше, вытесняя больше воды (большая заштрихованная область). Вес корабля и его тяга вниз (красная стрелка) и тяга вверх (синяя стрелка) по-прежнему равны, но теперь оба они больше.
    3. Предположим, мы загружаем корабль немного больше, так что он просто тонет под поверхностью, но продолжает плавать.Опять же, тяга вниз и тяга вверх равны, хотя оба они больше. Но в этот критический момент корабль вытесняет столько воды, сколько может, поэтому подъем не может быть больше.
    4. В любом случае корабль нам не очень понравился, поэтому давайте добавим свинцовый груз сверху (груз, достаточно плотный, чтобы утонуть сам по себе). Независимо от того, какой вес мы добавляем, корабль не может производить больше подъема: как только он полностью погружается, на какой бы глубине он ни опускался, он может вытеснить только определенное количество воды и создать определенное количество подъема вверх.Теперь вес корабля превышает максимально возможный подъем, поэтому он опускается на дно. Предположим, мы прикрепили гигантские весы к верхней части корабля. Кажущийся вес корабля вместе с его грузом будет намного меньше ожидаемого на величину, равную весу вытесненной воды (размеру восходящего надвига). Другими словами, если бы мы хотели поднять корабль на поверхность с морского дна, нам нужно было бы использовать подъемную силу, равную разнице между весом и подъемом (красная стрелка минус синяя стрелка).

    Как мы узнаем, что подъем на что-то равен весу вытесняемой им жидкости?

    Если вы можете немного посчитать, это очень легко доказать! Нам нужно знать два основных момента физики сделать это. Во-первых, это давление определяется как сила на единицу площади (сила, деленная на площадь), поэтому сила на данной поверхности коробки равна давлению, умноженному на площадь этого поверхность. Во-вторых, давление (P) на заданной глубине (h) в жидкости равно глубине, умноженной на плотность (ρ), умноженную на g (ускорение свободного падения).Или P = h × ρ × g.

    А теперь взгляните на этот затопленный ящик. Насколько велик аптраст? Давление воды в верхней части коробки составляет h2 × ρ × g, а давление в нижней части – h3 × ρ × g. Разница в давлении составляет (h3 − h2) × ρ × g = h × ρ × g.

    Поскольку площадь коробки одинакова повсюду, разница в силе – это просто разница в давлении, умноженная на площадь коробки: h × ρ × g × (w × l)

    Но поскольку (h × w × l) – это объем коробки, а ρ – ее плотность (или ее масса на единицу объема), это то же самое, что сказать, что разница в силе равна m × g, где m – это масса ящика.m × g – это еще один способ записать вес коробки.

    Таким образом, мы очень быстро доказали, что аптраст равен весу жидкости, которую вытесняет ящик. Другими словами, чем больше текучести смещает ящик (чем он больше), тем больше аптраст. Вот почему лодки большего размера – более широкие, чтобы занимать больше места – могут перевозить больше вещей.

    Средняя плотность

    Если вы все еще находите идею аптраста немного запутанной, просто вернитесь к размышлениям о плотности.Представьте, что авианосец представлял собой гигантский металлический ящик такого же объема (как большая коробка из-под обуви), частично заполненный двигателями, самолетами, моряками и всем остальным – так что он весит столько же. Этот ящик плавал бы, если бы он весил меньше, чем ящик того же размера, наполненный водой; иначе он утонет. Короче говоря, авианосец плавает, потому что он весит меньше того же объема воды – потому что его средняя плотность меньше, чем у окружающей его воды.

    Фото: Самый простой способ понять, почему вещи плавают, – это забыть об Архимеде и вместо этого подумать о плотности.Корабль плывет, потому что его средняя плотность относительно невелика. Этот пустой военно-транспортный корабль представляет собой гигантский пустой металлический ящик. Разделите его общую массу (его собственную массу плюс массу содержимого) на его объем, и вы получите его среднюю плотность. Это меньше плотности твердого металлического ящика или металлического ящика, наполненного водой, и поэтому корабль плывет. Фото Гэри Кина любезно предоставлено ВМС США.

    Почему лодки не опрокидываются?

    Если вы когда-нибудь забирались на весельную лодку, привязанную к пристань, вы почувствуете, насколько нестабильными могут быть маленькие лодки когда вы начинаете их загружать.Когда вы стоите в лодке, вы эффективно стать его частью, поэтому вы измените его центр тяжести, мгновенно подняв его намного выше. Поскольку ты войти в лодку сбоку, как только вы ступите на борт, вы переключаетесь центр тяжести к месту, где вы стоите. Теперь центр тяжести больше не находится над центром лодки, и это заставляет все вращаться к вам. Лодка относительно свободно может качаться из стороны в сторону; потому что он имеет положительную плавучесть, требуется лишь небольшой заставить его двигаться в воде.Все эти вещи вместе создают небольшую лодку относительно легко опрокинуть (повернуть на бок и часто тонет). Садясь в маленькую лодку, вы понижаете центр тяжести и делаете он более стабильный.

    Фото: Маленькие лодки могут быть довольно неустойчивыми, даже с килем. Сильный ветер мог опрокинуть лодку, поэтому весь экипаж сидит на краю, чтобы уравновесить поворот сила собственным весом. Фото Чада Рунге любезно предоставлено ВМС США.

    Лодки большего размера не страдают этой проблемой.Во-первых, они, как правило, имеют двигатели из тяжелого металла, расположенные очень низко под уровень воды, что придает им низкий центр тяжести и делает их более устойчивыми. Во-вторых, у них есть больший киль (вертикальная доска, идущая под водой сзади вперед по центральный «хребет» под лодкой. Киль помогает остановиться катание (движение из стороны в сторону) или опрокидывание лодки, потому что это означает, что требуется больше силы, чтобы толкнуть лодку вбок через воду или поверните его. Киль также играет роль в рулевого управления и движения лодки, как мы вскоре увидим.

    Как движутся лодки?

    Гравитация – это сила, с которой нам приходится работать, когда мы идем по суше. Но если ты хороший пловец, вы будете знать, что на самом деле это не проблема, когда вы двигаетесь по воде, потому что ваше тело относительно плавучее: хотя ваше тело состоит в основном из воды, это не только вода (он весит меньше мешка воды точно такого же размера). Водонепроницаемость (сопротивление), безусловно, самая большая сила, с которой пловцы должны работать, и то же верно и в отношении лодок. Чем больше весит лодка, тем ниже ее вес. он сидит в воде и тем большую водонепроницаемость он создает.Вот почему у лодок острые узкие дуги (чтобы вода не мешала чистоте) и изогнутые передние края этой плоскости (поднимите их вода по мере их движения). Подводные крылья доводят эту идею до предела, используя подводные крылья, которые поднимают корпус и освобождают его от воды во время движения.


    Фото: Судно на подводных крыльях – это тип лодки, в которой используются подводные крылья для создания подъемной силы при движении вперед, поднимая корпус над волнами для уменьшения сопротивления воды. Фото Марка С. Кеттенхофена любезно предоставлено ВМС США.

    Как и большинство других объектов, лодки движутся используя три закона движения Ньютона: 1) они никуда не денутся если какая-то сила не толкает или не тянет их; 2) Когда есть подходящей силы, это заставляет их ускоряться (двигаться быстрее или в новом направление), а большая сила их еще больше разгонит; 3) Если лодка хочет идти вперед, он должен толкать назад сила – так же, как вам нужно откинуться назад на скейтборде, чтобы выстрелить по тротуару (или оттолкнитесь ногами, чтобы идти вперед).

    В большинстве лодок используется один из трех видов мощности: весла или шесты, паруса и двигатели.

    Весла и шесты

    Фото: Человеческая сила остается надежным способом привести лодку в движение, но если у вас не будет равного количества весел с обеих сторон (или если вы не будете постоянно менять их местами), вы будете двигаться в одну сторону чаще, чем в другую. Фото Клэя Вайса любезно предоставлено ВМС США.

    Самая старая форма движения лодки – простая человеческая. власть. Вы можете грести на лодке, потянув воду назад большим весла, или вы можете подтолкнуть что-то вроде плота вперед, оттолкнувшись против реки или морского дна.Весла достигли своей вершины с удивительные галеры возникли в греческие и римские времена. Биремы (возможно, датируется вторым тысячелетием до нашей эры) имел две платформы, заполненные гребцов, в то время как триеры (изобретенные за несколько сотен лет до нашей эры) имели три, quadriremes было четыре, а quinquiremes пять (хотя будут ли лодки с таким количеством людей на такой высоте были либо стабильными, либо эффективными). Во всяком случае вскоре дали способ парусной власти.

    Паруса

    Если вы развешиваете простыни для сушки в сильном ветер, вы точно знаете, как работают парусные лодки! Но лодки не всегда хочется уплыть, и ветер дует прямо за ними.На практике это означает, что паруса нужно располагать под углом, но ветер тогда попытается поднять лодку под этим углом, а не направление, в котором вы хотите идти. Сила ветра толкает вас в одну сторону, поэтому вам нужны и другие силы, в других направлениях, чтобы исправить это и произвести результирующую (комбинированную) силу в направление, в котором вы действительно хотите идти. Две другие силы помогают. Один – это сила от киля. Если ветер развевает лодку частично вбок, киль отталкивается от воды и помогает лодке прямое направление.Вы также можете наклонить руль в задней части лодка так, что когда вода попадает в нее, она отстреливается под углом, рулевое управление лодка в ту или иную сторону. (Раньше рули располагались на справа от лодки и называется рулевым бортом, поэтому сторона лодки, обращенная вперед, по-прежнему называется правым бортом и по сей день; левая сторона называется портом.)

    Фото: У яхт несколько парусов, поэтому они могут ловить ветер с любого направления. Фото Эрика Брауна любезно предоставлено ВМС США.

    Если вы хотите плыть по ветру, вам нужно использовать треугольный или латинский парус висит в передней части лодки на угол встречного ветра. Когда ветер ударяет по парусу, он дует вокруг него и ускоряется; парус действует аналогично аэродинамический профиль (изогнутая поверхность крыла самолета), разбрасывающий воздух и толкает лодку вперед (точно так же, как нисходящий воздух от крыла продвигает самолет вверх).

    Двигатели

    Старые моряки погибли без ветра, но сейчас это не проблема, благодаря двигателям, которые могут быть используется для питания гребных винтов.Первые моторные лодки использовали паровые машины высокого давления, работающие на угле; современные двигатели неизменно дизельный. Единственная реальная проблема с использованием внутреннего сгорания двигателей для моторных лодок в том, что они нуждаются в постоянной подаче кислорода сжечь топливо; это означает, что вы не можете использовать их для питания подводных лодок под водой. Однако есть обходной путь: вы можете использовать дизельное топливо. двигатель у поверхности, чтобы приводить в действие генератор и заряжать батареи, которые затем используются для привода электродвигателя и гребного винта, когда подводная лодка находится под водой.(Ядерная энергия – еще один вариант и означает подводная лодка может находиться под водой неделями или месяцами.)

    Не все моторные лодки используют гребные винты. Гидроциклы и водные крылья (большие версии гидроциклов на подводных крыльях) используют двигателей для привода рабочих колес (водяных насосов), создающих мощную обратная струя воды. Сила воды, стреляющей в ответ в воду движет лодку вперед, как горячий выхлопной газ от реактивного двигателя.

    Из каких материалов сделаны лодки?

    Практически каждый материал, о котором вы только можете подумать, имеет в то или иное время использовались для изготовления лодок.Первые лодки были из кожи, коры и дерева животных; позже появились землянки, сделанные черпать древесину из тщательно подобранного ствола дерева. В древности раз, судостроители усовершенствовали искусство постройки лодок с отдельные доски, либо прикрепив края одной доски к краям окружающих, как кирпичи в стене (что, как известно как резьба по дереву) или, что еще лучше, перекрытие досок снизу вверх (техника, известная как клинкерное здание), которые делает лодку более прочной, легкой и быстрой.Промышленная революция принесла еще одно замечательное нововведение: эпоха могучих железных и стальных кораблей. Большинство современных кораблей по-прежнему построен из стали сегодня, хотя он относительно тяжелый. Вот почему некоторые более крупные лодки теперь изготавливаются из прочных и легких металлов, таких как как алюминий, в то время как меньшие часто делаются из легких композиты, такие как стекловолокно или сверхпрочные пластмассы, такие как Kevlar®.

    Иллюстрации: Лодки, построенные из клинкера (слева), имеют перекрывающиеся доски, что дает гораздо более прочный корпус; На лодках с резьбой (справа) доски соединены встык, образуя гладкую внешнюю поверхность.

    Краткая история кораблей и катеров

    Ссылки на этой временной шкале обычно ведут к дополнительной информации в Википедии и на других сайтах.

    Предыстория и древние времена

    • ~ 10 000 до н.э .: Первые лодки включают плоты, шкуры, лодки из кожи и коры, каяки и землянки.
    • ~ 5000–3000 гг. До н. Э .: Месопотамские моряки изобретают паруса.
    • ~ 3000 до н.э .: Древние египтяне сделали первые лодки из деревянных досок.
    • ~ 2500 г. до н.э .: минойцы и Микенцы стали первыми великими мореплавателями, исследующими Средиземное море.
    • ~ 1500–27 гг. До н. Э .: Греки строят гигантские военные корабли, в том числе биремы и триеры.
    • , 27 г. до н.э. – 400 г. до н. мост.
    • ~ 300 г. до н. Э .: Архимед (287–212 г. до н. Э.) Разгадывает науку о плавучести.
    • 200CE: Латиновые паруса широко используются в Средиземном море (хотя считается, что они были изобретены несколько раньше в арабском мире).

    Средневековье

    Великий век судоходства

    Фото: Военный корабль США «Конституция», получивший прозвище «Старый Айронсайд», представляет собой классический трехмачтовый фрегат (военный корабль), построенный в 1797 году.Давным-давно ушел с военной службы, теперь это интересный музей в Бостоне. Фото Кэтрин Э. Макдональд любезно предоставлено ВМС США.

    • 1777: Построена первая лодка с железным корпусом (в Англии).
    • 1783: маркиз д’Аббанс (1751–1832) строит первый пароход.
    • XIX век: Налажены регулярные перевозки пакетов по расписанию. Быстрые клиперы устанавливать морские рекорды.
    • 1807: Роберт Фултон (1765–1815) устанавливает рекорд путешествия из Нью-Йорка в Олбани на пароходе под названием Клермон.
    • 1819: Пароход SS Savannah пересекает Атлантику за рекордные 29 дней.
    • 1836: изобретены современные пропеллеры (независимо) Фрэнсис Петтит Смит (1808–1874) и Джон Эрикссон (1803–1889).
    • 1837: Грейт Вестерн, гигантский паровой двигатель Корабль, построенный Isambard Kingdom Brunel (1806–1859), становится первой железной лодкой, пересекшей Атлантику.
    • 1850-е: английский кораблестроитель Джон Джордан делает, вероятно, первый композитный корабль, добавляя обшивку из деревянных досок. над железным каркасом.
    • 1870-1898: Джон Холланд проектирует и строит первую практичную подводную лодку с двигателем, но пытается убедить США Военно-морской флот о своем потенциале.
    • 1877: Английский изобретатель Джон Торникрофт патентует раннюю форму корабля на воздушной подушке, основанную на плавающей лилии.
    • 1884: Сэр Чарльз Парсонс изобретает высокоэффективный паровой двигатель, называемый паровой турбиной. В 1897 году он развивает запуск двигателя с паровой турбиной под названием Turbinia.
    • 1886: Немецкий пионер автомобилестроения Готлиб Даймлер использует бензиновый двигатель для привода лодки.
    • 1886: Gluckauf, один из первых океанских танкеров, построен и спущен на воду в Великобритании.
    • 1880: Шведский морской офицер в отставке Чарльз Г. Лундборг изобретает SWATH (малый гидросамолет со сдвоенным корпусом) лодки, которые плывут высоко над волнами на два подводных корпуса.

    Современные корабли

    • ~ 1900-е годы: богатые люди любят романтику, роскошный век океанских путешествий на борту лайнеров, таких как Мавритания, Лузитания и Аквитания.
    • 1906: Энрико Форланини изобретает судно на подводных крыльях.Пионер в области телефонной связи Александр Грэм Белл также принял участие в его развитии.
    • 1912: «практически непотопляемый» роскошный лайнер под названием «Титаник» занял место в истории как самая известная океаническая катастрофа всех времен, когда он ударяется об айсберг и тонет, убито более 1500 человек.
    • 1930-е годы: немцы разрабатывают шноркель, дыхательную трубку, которая позволяет использовать дизельные двигатели на подводных лодках. работать под водой, снижая риск обнаружения.
    • 1943: Впервые используются судовые газотурбинные двигатели.
    • 1955: ВМС США запускают первый ядерный двигатель подводная лодка, USS Nautilus.
    • 1956: Первый контейнеровоз Ideal X запущен из Ньюарка, штат Нью-Джерси.
    • 1959: Судно на воздушной подушке Кристофера Кокерелла совершает свой первый рейс.
    • 1960: Жак Пикар и лейтенант Дон Уолш из ВМС США нырнули на глубину примерно 11 км (6 миль) в самую глубокую часть океаны, Марианская впадина, в Триесте, сверхпрочное водолазное судно (батискаф).
    • 1962: Корабль FLIP Института Скриппса впервые используется для изучать движение океанских волн.
    • 1964: Глубоководный научный подводный аппарат под названием Элвин разработан Океанографическим институтом Вудс-Хоул в Массачусетс и начинает исследовать океан до глубины почти 5 км. (3 мили).
    • 1978: Научно-исследовательское судно JOIDES Запущено разрешение, позволяющее ученым исследовать морское дно более подробно, чем когда-либо прежде.
    • 1992: ВМС США утилизируют последнего своего гиганта линкоры, военный корабль США Миссури.
    • 1993: ВМС США запускают экспериментальную невидимую радиолокационную станцию лодка под названием Sea Shadow, основанная на дизайне SWATH.В 2011 году ВМФ заявляет о намерении списать судно.
    • 2012: Построенный в Германии MS Tûranor PlanetSolar становится первым транспортным средством с фотоэлектрические солнечные элементы, чтобы совершить кругосветное путешествие.
    • 2014: Норлед MF Ampere, первый в мире полностью электрический автомобильный и пассажирский паром с батарейным питанием начинает курсировать в Норвегии, и экономия одного миллиона литров дизельного топлива в год.

    Корабли и катера | Как они плавают?

    По воде нельзя ходить: ты слишком тяжелый и ты утонешь как камень. Но этот авианосец может плавать, хоть и более 300 м (1000 футов) в длину, по крайней мере в миллион раз тяжелее вас, и вмещает около 70 самолетов и 4000 моряки. Суда (большие океанские суда) и лодки (более мелкие) являются блестящим примером того, как науку можно использовать для решения простая проблема. Более двух третей поверхности Земли покрыто вода, так что хорошо, что наука помогает нам покорить волны.Как именно корабли делают свое дело? Давайте посмотрим внимательнее!

    Фото: Авианосец проходит 342 м (1123 фута) от носа до кормы. USS Enterprise до выхода на пенсию в 2013 году был самым длинным военным кораблем в мире. Несмотря на огромные размеры этого корабля, обратите внимание на то, как его нос (передняя часть) довольно остро заострен, поэтому он отталкивает воду, создавая меньшее сопротивление и позволяя кораблю двигаться быстрее и быстрее. более эффективно. Фото Брукса Б. Паттона любезно предоставлено ВМС США.

    Что такое лодки?

    Не такой уж и глупый вопрос! Корабль или лодка (с этого момента мы будем называть их все лодки) – это транспортное средство, которое может плавать и перемещаться по океану, реке или другому водному месту, либо через собственное сила или использование силы элементов (ветра, волн или Солнца).Самый лодки частично движутся по воде и частично над водой, но некоторые (особенно суда на воздушной подушке и суда на подводных крыльях) подниматься и ускоряться над ним в то время как другие (подводные лодки и подводные аппараты, которые малы подводные лодки) целиком уходят под нее. Это звучит как вполне педантичные различия, но они оказываются очень важными – поскольку мы увидим через мгновение.

    Почему лодки плавают?

    Все лодки могут плавать, но плавать сложнее и сбивает с толку, чем кажется, и это лучше всего обсудить через научная концепция, называемая плавучестью, которая сила, вызывающая плавание.Любой объект будет либо плавать или утонуть в воде в зависимости от ее плотности (сколько определенный объем его весит). Если он плотнее воды, он обычно тонет; если он менее плотный, он будет плавать. Неважно, насколько большой или маленький объект: золотое кольцо утонет в воде, а кусок пластик размером с футбольное поле будет плавать. Основное правило состоит в том, что объект утонет, если он весит больше, чем точно такой же объем воды. Но это не совсем объясняет, почему авианосец (сделанный из плотного металла) может плавать, так что давайте исследуем немного дальше.

    Положительная, отрицательная и нейтральная плавучесть

    Плавучесть легче всего понять, думая о подводная лодка. У него есть водолазные самолеты (ласты, установленные сбоку) и балластные цистерны, которые он может заполнять водой или воздухом, чтобы заставить его подниматься или опускаться по мере необходимости. Если его резервуары полностью заполнены воздухом, он считается плавучим: резервуары весят меньше, чем равный объем воды, и заставляют субмарину плавать на поверхности. Если резервуары частично заполнены воздухом, можно сделать подводную лодку плыть на некоторой средней глубине воды, не поднимаясь и не поднимаясь. опускается.Это называется нейтральной плавучестью. Другой вариант – для полного заполнения баков водой. В этом случае подводная лодка имеет отрицательную плавучесть, что означает, что она тонет морское дно. Узнайте больше о том, как подводные лодки поднимаются и опускаются.

    Фото: Подводные лодки могут подниматься на поверхность или опускаться на любую выбранную глубину, контролируя свою плавучесть. Они делают это, впуская в балластные цистерны точное количество воды или воздуха. Фото любезно предоставлено ВМС США.

    Плавучесть на поверхности

    Сейчас большинство лодок не работают одинаково как подводные лодки.Они не тонут, но и не плавают точно. Лодка частично плывет, а частично тонет под собственным весом и какой вес он несет; чем больше сумма этих двух веса, тем ниже он сидит в воде. Так много веса лодка может нести, не погружаясь в воду настолько, что … действительно полностью тонет! Чтобы корабли могли безопасно плыть, нам нужно знать, какой вес мы можно вставить или накинуть на них, даже не приближаясь к этой точке. Так как мы можем это выяснить?

    Принцип Архимеда

    Человек, первым придумавший ответ, был Греческий математик Архимед, примерно в третьем веке до нашей эры.Согласно популярной легенде, ему было поручено выяснить, действительно ли корона для короля было либо чистое золото, либо дешевая подделка, частично сделанная из смеси золото и серебро. Одна из версий этой истории гласит что он принимал ванну и заметил, как уровень воды поднялся, когда он погрузил свое тело. Он понял, что если он уронил золотую корону в ванну, она вытолкнула или «сместила» собственный объем воды за бортом, что дает ему простой способ измерения объем очень сложного объекта.Взвесив корону, он мог легко вычислить ее плотности (его масса, деленная на его объем) и сравните его с массой золото. Если плотность была ниже, чем у золота, корона явно была подделкой. Другие версии этой истории рассказывают немного иначе – и многие думают, что наверное, вся сказка все равно выдумана!

    Позже он придумал знаменитый закон физики, ныне известный как принцип Архимеда: когда что-то покоится в воде или на воде, оно ощущает восходящую (плавучую) силу равняется весу воды, которую он отталкивает (или вытесняет).Если объект полностью погружен в воду, эта подъемная сила, толкая вверх, эффективно уменьшает его вес: кажется, что под водой он весит меньше, чем на суше. Вот почему что-то вроде резинового дайвинг-кирпича (один из тех кирпичей, с которыми вы тренируетесь в бассейне) кажется легче, когда вы берете его из-под воды, чем когда вы поднимаете его на поверхность и поднимаете по воздуху: под водой вы получаете помощь рука от выталкивающей силы.

    Все это объясняет, почему вес корабля (и его содержимого) обычно называют его весом. смещение: если бы океан был чашей воды, заполненной до краев, водоизмещение корабля составляет вес воды, которая пролилась бы через край, когда Корабль был спущен на воду.USS Enterprise в на нашем верхнем фото водоизмещение около 75000 тонн без груза или 95000 тонн с полной загрузкой, когда он находится несколько ниже в воде. Поскольку пресная вода менее плотная, чем соленая, то же судно будет сидеть ниже в реке (или устье, где есть смесь пресноводных и соленая вода), чем в море.


    Фото: Этот относительно небольшой контейнеровоз может перевозить 17 375 тонн (метрических тонн). груза. Крупнейшие контейнеровозы перевозят в десять раз больше (около 200 тысяч тонн).Фото Лауры А. Мур любезно предоставлено ВМС США и заархивировано на Wikimedia Commons.

    Аптраст

    Иллюстрация: Вес корабля, тянущего вниз, уравновешивается восходящей тягой – давлением воды под ним, толкающей вверх.

    К сожалению, ничто из этого на самом деле не объясняет , почему авианосец плывет! Так почему это происходит? Откуда на самом деле исходит эта «волшебная» плавучая сила? Авианосец занимает огромный объем, поэтому его вес распределяется по большой площади. океан.Вода – довольно плотная жидкость, которая практически невозможно сжать. Его высокая плотность (и, следовательно, большой вес) означает, что он может оказывать большое давление: он выталкивается наружу внутрь. во всех направлениях (то, что вы можете легко почувствовать при плавании под водой, особенно при подводном плавании с аквалангом). Когда авианосец находится на воде, частично погруженный в воду, давление воды уравновешивается во всех направлениях, кроме вверх; другими словами, существует чистая сила (называемая аптрастом) поддерживая лодку снизу. Лодка тонет в воде под собственным весом и подталкивается восходящим движением.Насколько низко он опускается? Чем больше он весит (включая вес, который он несет), тем ниже он опускается:

    • Если вес лодки меньше максимального объема воды, который она может когда-либо оттолкнуть (сместить), она плавает. Но он тонет в воде до тех пор, пока его вес и подъем не уравновешиваются.
    • Чем больше нагрузки вы добавляете к лодке, тем больше она весит и тем больше ей придется тонуть, чтобы подъемный рывок уравновесил ее вес. Почему? Поскольку давление воды увеличивается с глубиной: чем дальше в воду погружается лодка, фактически не погружаясь, тем больше создается подъемный подъем.
    • Если лодка продолжает тонуть до тех пор, пока не исчезнет, ​​это означает, что она не может произвести достаточного подъема тяги. Другими словами, если лодка весит больше, чем общий объем воды, который она может оттолкнуть (вытеснить), она тонет.

    Upthrust – все просто

    Чтобы представить себе идею аптраста, подумайте о том, что происходит, когда вы загружаете корабль.

    1. Корабль без груза на некоторое время тонет в воде. Количество вытесняемой им воды (заштрихованная область) весит столько же, сколько и корабль.Вес корабля, тянущего вниз (красная стрелка) и толкающего вверх (синяя стрелка), равны и противоположны, поэтому корабль плывет.
    2. А что, если мы начнем загружать корабль? Он опускается дальше, вытесняя больше воды (большая заштрихованная область). Вес корабля и его тяга вниз (красная стрелка) и тяга вверх (синяя стрелка) по-прежнему равны, но теперь оба они больше.
    3. Предположим, мы загружаем корабль немного больше, так что он просто тонет под поверхностью, но продолжает плавать.Опять же, тяга вниз и тяга вверх равны, хотя оба они больше. Но в этот критический момент корабль вытесняет столько воды, сколько может, поэтому подъем не может быть больше.
    4. В любом случае корабль нам не очень понравился, поэтому давайте добавим свинцовый груз сверху (груз, достаточно плотный, чтобы утонуть сам по себе). Независимо от того, какой вес мы добавляем, корабль не может производить больше подъема: как только он полностью погружается, на какой бы глубине он ни опускался, он может вытеснить только определенное количество воды и создать определенное количество подъема вверх.Теперь вес корабля превышает максимально возможный подъем, поэтому он опускается на дно. Предположим, мы прикрепили гигантские весы к верхней части корабля. Кажущийся вес корабля вместе с его грузом будет намного меньше ожидаемого на величину, равную весу вытесненной воды (размеру восходящего надвига). Другими словами, если бы мы хотели поднять корабль на поверхность с морского дна, нам нужно было бы использовать подъемную силу, равную разнице между весом и подъемом (красная стрелка минус синяя стрелка).

    Как мы узнаем, что подъем на что-то равен весу вытесняемой им жидкости?

    Если вы можете немного посчитать, это очень легко доказать! Нам нужно знать два основных момента физики сделать это. Во-первых, это давление определяется как сила на единицу площади (сила, деленная на площадь), поэтому сила на данной поверхности коробки равна давлению, умноженному на площадь этого поверхность. Во-вторых, давление (P) на заданной глубине (h) в жидкости равно глубине, умноженной на плотность (ρ), умноженную на g (ускорение свободного падения).Или P = h × ρ × g.

    А теперь взгляните на этот затопленный ящик. Насколько велик аптраст? Давление воды в верхней части коробки составляет h2 × ρ × g, а давление в нижней части – h3 × ρ × g. Разница в давлении составляет (h3 − h2) × ρ × g = h × ρ × g.

    Поскольку площадь коробки одинакова повсюду, разница в силе – это просто разница в давлении, умноженная на площадь коробки: h × ρ × g × (w × l)

    Но поскольку (h × w × l) – это объем коробки, а ρ – ее плотность (или ее масса на единицу объема), это то же самое, что сказать, что разница в силе равна m × g, где m – это масса ящика.m × g – это еще один способ записать вес коробки.

    Таким образом, мы очень быстро доказали, что аптраст равен весу жидкости, которую вытесняет ящик. Другими словами, чем больше текучести смещает ящик (чем он больше), тем больше аптраст. Вот почему лодки большего размера – более широкие, чтобы занимать больше места – могут перевозить больше вещей.

    Средняя плотность

    Если вы все еще находите идею аптраста немного запутанной, просто вернитесь к размышлениям о плотности.Представьте, что авианосец представлял собой гигантский металлический ящик такого же объема (как большая коробка из-под обуви), частично заполненный двигателями, самолетами, моряками и всем остальным – так что он весит столько же. Этот ящик плавал бы, если бы он весил меньше, чем ящик того же размера, наполненный водой; иначе он утонет. Короче говоря, авианосец плавает, потому что он весит меньше того же объема воды – потому что его средняя плотность меньше, чем у окружающей его воды.

    Фото: Самый простой способ понять, почему вещи плавают, – это забыть об Архимеде и вместо этого подумать о плотности.Корабль плывет, потому что его средняя плотность относительно невелика. Этот пустой военно-транспортный корабль представляет собой гигантский пустой металлический ящик. Разделите его общую массу (его собственную массу плюс массу содержимого) на его объем, и вы получите его среднюю плотность. Это меньше плотности твердого металлического ящика или металлического ящика, наполненного водой, и поэтому корабль плывет. Фото Гэри Кина любезно предоставлено ВМС США.

    Почему лодки не опрокидываются?

    Если вы когда-нибудь забирались на весельную лодку, привязанную к пристань, вы почувствуете, насколько нестабильными могут быть маленькие лодки когда вы начинаете их загружать.Когда вы стоите в лодке, вы эффективно стать его частью, поэтому вы измените его центр тяжести, мгновенно подняв его намного выше. Поскольку ты войти в лодку сбоку, как только вы ступите на борт, вы переключаетесь центр тяжести к месту, где вы стоите. Теперь центр тяжести больше не находится над центром лодки, и это заставляет все вращаться к вам. Лодка относительно свободно может качаться из стороны в сторону; потому что он имеет положительную плавучесть, требуется лишь небольшой заставить его двигаться в воде.Все эти вещи вместе создают небольшую лодку относительно легко опрокинуть (повернуть на бок и часто тонет). Садясь в маленькую лодку, вы понижаете центр тяжести и делаете он более стабильный.

    Фото: Маленькие лодки могут быть довольно неустойчивыми, даже с килем. Сильный ветер мог опрокинуть лодку, поэтому весь экипаж сидит на краю, чтобы уравновесить поворот сила собственным весом. Фото Чада Рунге любезно предоставлено ВМС США.

    Лодки большего размера не страдают этой проблемой.Во-первых, они, как правило, имеют двигатели из тяжелого металла, расположенные очень низко под уровень воды, что придает им низкий центр тяжести и делает их более устойчивыми. Во-вторых, у них есть больший киль (вертикальная доска, идущая под водой сзади вперед по центральный «хребет» под лодкой. Киль помогает остановиться катание (движение из стороны в сторону) или опрокидывание лодки, потому что это означает, что требуется больше силы, чтобы толкнуть лодку вбок через воду или поверните его. Киль также играет роль в рулевого управления и движения лодки, как мы вскоре увидим.

    Как движутся лодки?

    Гравитация – это сила, с которой нам приходится работать, когда мы идем по суше. Но если ты хороший пловец, вы будете знать, что на самом деле это не проблема, когда вы двигаетесь по воде, потому что ваше тело относительно плавучее: хотя ваше тело состоит в основном из воды, это не только вода (он весит меньше мешка воды точно такого же размера). Водонепроницаемость (сопротивление), безусловно, самая большая сила, с которой пловцы должны работать, и то же верно и в отношении лодок. Чем больше весит лодка, тем ниже ее вес. он сидит в воде и тем большую водонепроницаемость он создает.Вот почему у лодок острые узкие дуги (чтобы вода не мешала чистоте) и изогнутые передние края этой плоскости (поднимите их вода по мере их движения). Подводные крылья доводят эту идею до предела, используя подводные крылья, которые поднимают корпус и освобождают его от воды во время движения.


    Фото: Судно на подводных крыльях – это тип лодки, в которой используются подводные крылья для создания подъемной силы при движении вперед, поднимая корпус над волнами для уменьшения сопротивления воды. Фото Марка С. Кеттенхофена любезно предоставлено ВМС США.

    Как и большинство других объектов, лодки движутся используя три закона движения Ньютона: 1) они никуда не денутся если какая-то сила не толкает или не тянет их; 2) Когда есть подходящей силы, это заставляет их ускоряться (двигаться быстрее или в новом направление), а большая сила их еще больше разгонит; 3) Если лодка хочет идти вперед, он должен толкать назад сила – так же, как вам нужно откинуться назад на скейтборде, чтобы выстрелить по тротуару (или оттолкнитесь ногами, чтобы идти вперед).

    В большинстве лодок используется один из трех видов мощности: весла или шесты, паруса и двигатели.

    Весла и шесты

    Фото: Человеческая сила остается надежным способом привести лодку в движение, но если у вас не будет равного количества весел с обеих сторон (или если вы не будете постоянно менять их местами), вы будете двигаться в одну сторону чаще, чем в другую. Фото Клэя Вайса любезно предоставлено ВМС США.

    Самая старая форма движения лодки – простая человеческая. власть. Вы можете грести на лодке, потянув воду назад большим весла, или вы можете подтолкнуть что-то вроде плота вперед, оттолкнувшись против реки или морского дна.Весла достигли своей вершины с удивительные галеры возникли в греческие и римские времена. Биремы (возможно, датируется вторым тысячелетием до нашей эры) имел две платформы, заполненные гребцов, в то время как триеры (изобретенные за несколько сотен лет до нашей эры) имели три, quadriremes было четыре, а quinquiremes пять (хотя будут ли лодки с таким количеством людей на такой высоте были либо стабильными, либо эффективными). Во всяком случае вскоре дали способ парусной власти.

    Паруса

    Если вы развешиваете простыни для сушки в сильном ветер, вы точно знаете, как работают парусные лодки! Но лодки не всегда хочется уплыть, и ветер дует прямо за ними.На практике это означает, что паруса нужно располагать под углом, но ветер тогда попытается поднять лодку под этим углом, а не направление, в котором вы хотите идти. Сила ветра толкает вас в одну сторону, поэтому вам нужны и другие силы, в других направлениях, чтобы исправить это и произвести результирующую (комбинированную) силу в направление, в котором вы действительно хотите идти. Две другие силы помогают. Один – это сила от киля. Если ветер развевает лодку частично вбок, киль отталкивается от воды и помогает лодке прямое направление.Вы также можете наклонить руль в задней части лодка так, что когда вода попадает в нее, она отстреливается под углом, рулевое управление лодка в ту или иную сторону. (Раньше рули располагались на справа от лодки и называется рулевым бортом, поэтому сторона лодки, обращенная вперед, по-прежнему называется правым бортом и по сей день; левая сторона называется портом.)

    Фото: У яхт несколько парусов, поэтому они могут ловить ветер с любого направления. Фото Эрика Брауна любезно предоставлено ВМС США.

    Если вы хотите плыть по ветру, вам нужно использовать треугольный или латинский парус висит в передней части лодки на угол встречного ветра. Когда ветер ударяет по парусу, он дует вокруг него и ускоряется; парус действует аналогично аэродинамический профиль (изогнутая поверхность крыла самолета), разбрасывающий воздух и толкает лодку вперед (точно так же, как нисходящий воздух от крыла продвигает самолет вверх).

    Двигатели

    Старые моряки погибли без ветра, но сейчас это не проблема, благодаря двигателям, которые могут быть используется для питания гребных винтов.Первые моторные лодки использовали паровые машины высокого давления, работающие на угле; современные двигатели неизменно дизельный. Единственная реальная проблема с использованием внутреннего сгорания двигателей для моторных лодок в том, что они нуждаются в постоянной подаче кислорода сжечь топливо; это означает, что вы не можете использовать их для питания подводных лодок под водой. Однако есть обходной путь: вы можете использовать дизельное топливо. двигатель у поверхности, чтобы приводить в действие генератор и заряжать батареи, которые затем используются для привода электродвигателя и гребного винта, когда подводная лодка находится под водой.(Ядерная энергия – еще один вариант и означает подводная лодка может находиться под водой неделями или месяцами.)

    Не все моторные лодки используют гребные винты. Гидроциклы и водные крылья (большие версии гидроциклов на подводных крыльях) используют двигателей для привода рабочих колес (водяных насосов), создающих мощную обратная струя воды. Сила воды, стреляющей в ответ в воду движет лодку вперед, как горячий выхлопной газ от реактивного двигателя.

    Из каких материалов сделаны лодки?

    Практически каждый материал, о котором вы только можете подумать, имеет в то или иное время использовались для изготовления лодок.Первые лодки были из кожи, коры и дерева животных; позже появились землянки, сделанные черпать древесину из тщательно подобранного ствола дерева. В древности раз, судостроители усовершенствовали искусство постройки лодок с отдельные доски, либо прикрепив края одной доски к краям окружающих, как кирпичи в стене (что, как известно как резьба по дереву) или, что еще лучше, перекрытие досок снизу вверх (техника, известная как клинкерное здание), которые делает лодку более прочной, легкой и быстрой.Промышленная революция принесла еще одно замечательное нововведение: эпоха могучих железных и стальных кораблей. Большинство современных кораблей по-прежнему построен из стали сегодня, хотя он относительно тяжелый. Вот почему некоторые более крупные лодки теперь изготавливаются из прочных и легких металлов, таких как как алюминий, в то время как меньшие часто делаются из легких композиты, такие как стекловолокно или сверхпрочные пластмассы, такие как Kevlar®.

    Иллюстрации: Лодки, построенные из клинкера (слева), имеют перекрывающиеся доски, что дает гораздо более прочный корпус; На лодках с резьбой (справа) доски соединены встык, образуя гладкую внешнюю поверхность.

    Краткая история кораблей и катеров

    Ссылки на этой временной шкале обычно ведут к дополнительной информации в Википедии и на других сайтах.

    Предыстория и древние времена

    • ~ 10 000 до н.э .: Первые лодки включают плоты, шкуры, лодки из кожи и коры, каяки и землянки.
    • ~ 5000–3000 гг. До н. Э .: Месопотамские моряки изобретают паруса.
    • ~ 3000 до н.э .: Древние египтяне сделали первые лодки из деревянных досок.
    • ~ 2500 г. до н.э .: минойцы и Микенцы стали первыми великими мореплавателями, исследующими Средиземное море.
    • ~ 1500–27 гг. До н. Э .: Греки строят гигантские военные корабли, в том числе биремы и триеры.
    • , 27 г. до н.э. – 400 г. до н. мост.
    • ~ 300 г. до н. Э .: Архимед (287–212 г. до н. Э.) Разгадывает науку о плавучести.
    • 200CE: Латиновые паруса широко используются в Средиземном море (хотя считается, что они были изобретены несколько раньше в арабском мире).

    Средневековье

    Великий век судоходства

    Фото: Военный корабль США «Конституция», получивший прозвище «Старый Айронсайд», представляет собой классический трехмачтовый фрегат (военный корабль), построенный в 1797 году.Давным-давно ушел с военной службы, теперь это интересный музей в Бостоне. Фото Кэтрин Э. Макдональд любезно предоставлено ВМС США.

    • 1777: Построена первая лодка с железным корпусом (в Англии).
    • 1783: маркиз д’Аббанс (1751–1832) строит первый пароход.
    • XIX век: Налажены регулярные перевозки пакетов по расписанию. Быстрые клиперы устанавливать морские рекорды.
    • 1807: Роберт Фултон (1765–1815) устанавливает рекорд путешествия из Нью-Йорка в Олбани на пароходе под названием Клермон.
    • 1819: Пароход SS Savannah пересекает Атлантику за рекордные 29 дней.
    • 1836: изобретены современные пропеллеры (независимо) Фрэнсис Петтит Смит (1808–1874) и Джон Эрикссон (1803–1889).
    • 1837: Грейт Вестерн, гигантский паровой двигатель Корабль, построенный Isambard Kingdom Brunel (1806–1859), становится первой железной лодкой, пересекшей Атлантику.
    • 1850-е: английский кораблестроитель Джон Джордан делает, вероятно, первый композитный корабль, добавляя обшивку из деревянных досок. над железным каркасом.
    • 1870-1898: Джон Холланд проектирует и строит первую практичную подводную лодку с двигателем, но пытается убедить США Военно-морской флот о своем потенциале.
    • 1877: Английский изобретатель Джон Торникрофт патентует раннюю форму корабля на воздушной подушке, основанную на плавающей лилии.
    • 1884: Сэр Чарльз Парсонс изобретает высокоэффективный паровой двигатель, называемый паровой турбиной. В 1897 году он развивает запуск двигателя с паровой турбиной под названием Turbinia.
    • 1886: Немецкий пионер автомобилестроения Готлиб Даймлер использует бензиновый двигатель для привода лодки.
    • 1886: Gluckauf, один из первых океанских танкеров, построен и спущен на воду в Великобритании.
    • 1880: Шведский морской офицер в отставке Чарльз Г. Лундборг изобретает SWATH (малый гидросамолет со сдвоенным корпусом) лодки, которые плывут высоко над волнами на два подводных корпуса.

    Современные корабли

    • ~ 1900-е годы: богатые люди любят романтику, роскошный век океанских путешествий на борту лайнеров, таких как Мавритания, Лузитания и Аквитания.
    • 1906: Энрико Форланини изобретает судно на подводных крыльях.Пионер в области телефонной связи Александр Грэм Белл также принял участие в его развитии.
    • 1912: «практически непотопляемый» роскошный лайнер под названием «Титаник» занял место в истории как самая известная океаническая катастрофа всех времен, когда он ударяется об айсберг и тонет, убито более 1500 человек.
    • 1930-е годы: немцы разрабатывают шноркель, дыхательную трубку, которая позволяет использовать дизельные двигатели на подводных лодках. работать под водой, снижая риск обнаружения.
    • 1943: Впервые используются судовые газотурбинные двигатели.
    • 1955: ВМС США запускают первый ядерный двигатель подводная лодка, USS Nautilus.
    • 1956: Первый контейнеровоз Ideal X запущен из Ньюарка, штат Нью-Джерси.
    • 1959: Судно на воздушной подушке Кристофера Кокерелла совершает свой первый рейс.
    • 1960: Жак Пикар и лейтенант Дон Уолш из ВМС США нырнули на глубину примерно 11 км (6 миль) в самую глубокую часть океаны, Марианская впадина, в Триесте, сверхпрочное водолазное судно (батискаф).
    • 1962: Корабль FLIP Института Скриппса впервые используется для изучать движение океанских волн.
    • 1964: Глубоководный научный подводный аппарат под названием Элвин разработан Океанографическим институтом Вудс-Хоул в Массачусетс и начинает исследовать океан до глубины почти 5 км. (3 мили).
    • 1978: Научно-исследовательское судно JOIDES Запущено разрешение, позволяющее ученым исследовать морское дно более подробно, чем когда-либо прежде.
    • 1992: ВМС США утилизируют последнего своего гиганта линкоры, военный корабль США Миссури.
    • 1993: ВМС США запускают экспериментальную невидимую радиолокационную станцию лодка под названием Sea Shadow, основанная на дизайне SWATH.В 2011 году ВМФ заявляет о намерении списать судно.
    • 2012: Построенный в Германии MS Tûranor PlanetSolar становится первым транспортным средством с фотоэлектрические солнечные элементы, чтобы совершить кругосветное путешествие.
    • 2014: Норлед MF Ampere, первый в мире полностью электрический автомобильный и пассажирский паром с батарейным питанием начинает курсировать в Норвегии, и экономия одного миллиона литров дизельного топлива в год.

    Корабли и катера | Как они плавают?

    По воде нельзя ходить: ты слишком тяжелый и ты утонешь как камень. Но этот авианосец может плавать, хоть и более 300 м (1000 футов) в длину, по крайней мере в миллион раз тяжелее вас, и вмещает около 70 самолетов и 4000 моряки. Суда (большие океанские суда) и лодки (более мелкие) являются блестящим примером того, как науку можно использовать для решения простая проблема. Более двух третей поверхности Земли покрыто вода, так что хорошо, что наука помогает нам покорить волны.Как именно корабли делают свое дело? Давайте посмотрим внимательнее!

    Фото: Авианосец проходит 342 м (1123 фута) от носа до кормы. USS Enterprise до выхода на пенсию в 2013 году был самым длинным военным кораблем в мире. Несмотря на огромные размеры этого корабля, обратите внимание на то, как его нос (передняя часть) довольно остро заострен, поэтому он отталкивает воду, создавая меньшее сопротивление и позволяя кораблю двигаться быстрее и быстрее. более эффективно. Фото Брукса Б. Паттона любезно предоставлено ВМС США.

    Что такое лодки?

    Не такой уж и глупый вопрос! Корабль или лодка (с этого момента мы будем называть их все лодки) – это транспортное средство, которое может плавать и перемещаться по океану, реке или другому водному месту, либо через собственное сила или использование силы элементов (ветра, волн или Солнца).Самый лодки частично движутся по воде и частично над водой, но некоторые (особенно суда на воздушной подушке и суда на подводных крыльях) подниматься и ускоряться над ним в то время как другие (подводные лодки и подводные аппараты, которые малы подводные лодки) целиком уходят под нее. Это звучит как вполне педантичные различия, но они оказываются очень важными – поскольку мы увидим через мгновение.

    Почему лодки плавают?

    Все лодки могут плавать, но плавать сложнее и сбивает с толку, чем кажется, и это лучше всего обсудить через научная концепция, называемая плавучестью, которая сила, вызывающая плавание.Любой объект будет либо плавать или утонуть в воде в зависимости от ее плотности (сколько определенный объем его весит). Если он плотнее воды, он обычно тонет; если он менее плотный, он будет плавать. Неважно, насколько большой или маленький объект: золотое кольцо утонет в воде, а кусок пластик размером с футбольное поле будет плавать. Основное правило состоит в том, что объект утонет, если он весит больше, чем точно такой же объем воды. Но это не совсем объясняет, почему авианосец (сделанный из плотного металла) может плавать, так что давайте исследуем немного дальше.

    Положительная, отрицательная и нейтральная плавучесть

    Плавучесть легче всего понять, думая о подводная лодка. У него есть водолазные самолеты (ласты, установленные сбоку) и балластные цистерны, которые он может заполнять водой или воздухом, чтобы заставить его подниматься или опускаться по мере необходимости. Если его резервуары полностью заполнены воздухом, он считается плавучим: резервуары весят меньше, чем равный объем воды, и заставляют субмарину плавать на поверхности. Если резервуары частично заполнены воздухом, можно сделать подводную лодку плыть на некоторой средней глубине воды, не поднимаясь и не поднимаясь. опускается.Это называется нейтральной плавучестью. Другой вариант – для полного заполнения баков водой. В этом случае подводная лодка имеет отрицательную плавучесть, что означает, что она тонет морское дно. Узнайте больше о том, как подводные лодки поднимаются и опускаются.

    Фото: Подводные лодки могут подниматься на поверхность или опускаться на любую выбранную глубину, контролируя свою плавучесть. Они делают это, впуская в балластные цистерны точное количество воды или воздуха. Фото любезно предоставлено ВМС США.

    Плавучесть на поверхности

    Сейчас большинство лодок не работают одинаково как подводные лодки.Они не тонут, но и не плавают точно. Лодка частично плывет, а частично тонет под собственным весом и какой вес он несет; чем больше сумма этих двух веса, тем ниже он сидит в воде. Так много веса лодка может нести, не погружаясь в воду настолько, что … действительно полностью тонет! Чтобы корабли могли безопасно плыть, нам нужно знать, какой вес мы можно вставить или накинуть на них, даже не приближаясь к этой точке. Так как мы можем это выяснить?

    Принцип Архимеда

    Человек, первым придумавший ответ, был Греческий математик Архимед, примерно в третьем веке до нашей эры.Согласно популярной легенде, ему было поручено выяснить, действительно ли корона для короля было либо чистое золото, либо дешевая подделка, частично сделанная из смеси золото и серебро. Одна из версий этой истории гласит что он принимал ванну и заметил, как уровень воды поднялся, когда он погрузил свое тело. Он понял, что если он уронил золотую корону в ванну, она вытолкнула или «сместила» собственный объем воды за бортом, что дает ему простой способ измерения объем очень сложного объекта.Взвесив корону, он мог легко вычислить ее плотности (его масса, деленная на его объем) и сравните его с массой золото. Если плотность была ниже, чем у золота, корона явно была подделкой. Другие версии этой истории рассказывают немного иначе – и многие думают, что наверное, вся сказка все равно выдумана!

    Позже он придумал знаменитый закон физики, ныне известный как принцип Архимеда: когда что-то покоится в воде или на воде, оно ощущает восходящую (плавучую) силу равняется весу воды, которую он отталкивает (или вытесняет).Если объект полностью погружен в воду, эта подъемная сила, толкая вверх, эффективно уменьшает его вес: кажется, что под водой он весит меньше, чем на суше. Вот почему что-то вроде резинового дайвинг-кирпича (один из тех кирпичей, с которыми вы тренируетесь в бассейне) кажется легче, когда вы берете его из-под воды, чем когда вы поднимаете его на поверхность и поднимаете по воздуху: под водой вы получаете помощь рука от выталкивающей силы.

    Все это объясняет, почему вес корабля (и его содержимого) обычно называют его весом. смещение: если бы океан был чашей воды, заполненной до краев, водоизмещение корабля составляет вес воды, которая пролилась бы через край, когда Корабль был спущен на воду.USS Enterprise в на нашем верхнем фото водоизмещение около 75000 тонн без груза или 95000 тонн с полной загрузкой, когда он находится несколько ниже в воде. Поскольку пресная вода менее плотная, чем соленая, то же судно будет сидеть ниже в реке (или устье, где есть смесь пресноводных и соленая вода), чем в море.


    Фото: Этот относительно небольшой контейнеровоз может перевозить 17 375 тонн (метрических тонн). груза. Крупнейшие контейнеровозы перевозят в десять раз больше (около 200 тысяч тонн).Фото Лауры А. Мур любезно предоставлено ВМС США и заархивировано на Wikimedia Commons.

    Аптраст

    Иллюстрация: Вес корабля, тянущего вниз, уравновешивается восходящей тягой – давлением воды под ним, толкающей вверх.

    К сожалению, ничто из этого на самом деле не объясняет , почему авианосец плывет! Так почему это происходит? Откуда на самом деле исходит эта «волшебная» плавучая сила? Авианосец занимает огромный объем, поэтому его вес распределяется по большой площади. океан.Вода – довольно плотная жидкость, которая практически невозможно сжать. Его высокая плотность (и, следовательно, большой вес) означает, что он может оказывать большое давление: он выталкивается наружу внутрь. во всех направлениях (то, что вы можете легко почувствовать при плавании под водой, особенно при подводном плавании с аквалангом). Когда авианосец находится на воде, частично погруженный в воду, давление воды уравновешивается во всех направлениях, кроме вверх; другими словами, существует чистая сила (называемая аптрастом) поддерживая лодку снизу. Лодка тонет в воде под собственным весом и подталкивается восходящим движением.Насколько низко он опускается? Чем больше он весит (включая вес, который он несет), тем ниже он опускается:

    • Если вес лодки меньше максимального объема воды, который она может когда-либо оттолкнуть (сместить), она плавает. Но он тонет в воде до тех пор, пока его вес и подъем не уравновешиваются.
    • Чем больше нагрузки вы добавляете к лодке, тем больше она весит и тем больше ей придется тонуть, чтобы подъемный рывок уравновесил ее вес. Почему? Поскольку давление воды увеличивается с глубиной: чем дальше в воду погружается лодка, фактически не погружаясь, тем больше создается подъемный подъем.
    • Если лодка продолжает тонуть до тех пор, пока не исчезнет, ​​это означает, что она не может произвести достаточного подъема тяги. Другими словами, если лодка весит больше, чем общий объем воды, который она может оттолкнуть (вытеснить), она тонет.

    Upthrust – все просто

    Чтобы представить себе идею аптраста, подумайте о том, что происходит, когда вы загружаете корабль.

    1. Корабль без груза на некоторое время тонет в воде. Количество вытесняемой им воды (заштрихованная область) весит столько же, сколько и корабль.Вес корабля, тянущего вниз (красная стрелка) и толкающего вверх (синяя стрелка), равны и противоположны, поэтому корабль плывет.
    2. А что, если мы начнем загружать корабль? Он опускается дальше, вытесняя больше воды (большая заштрихованная область). Вес корабля и его тяга вниз (красная стрелка) и тяга вверх (синяя стрелка) по-прежнему равны, но теперь оба они больше.
    3. Предположим, мы загружаем корабль немного больше, так что он просто тонет под поверхностью, но продолжает плавать.Опять же, тяга вниз и тяга вверх равны, хотя оба они больше. Но в этот критический момент корабль вытесняет столько воды, сколько может, поэтому подъем не может быть больше.
    4. В любом случае корабль нам не очень понравился, поэтому давайте добавим свинцовый груз сверху (груз, достаточно плотный, чтобы утонуть сам по себе). Независимо от того, какой вес мы добавляем, корабль не может производить больше подъема: как только он полностью погружается, на какой бы глубине он ни опускался, он может вытеснить только определенное количество воды и создать определенное количество подъема вверх.Теперь вес корабля превышает максимально возможный подъем, поэтому он опускается на дно. Предположим, мы прикрепили гигантские весы к верхней части корабля. Кажущийся вес корабля вместе с его грузом будет намного меньше ожидаемого на величину, равную весу вытесненной воды (размеру восходящего надвига). Другими словами, если бы мы хотели поднять корабль на поверхность с морского дна, нам нужно было бы использовать подъемную силу, равную разнице между весом и подъемом (красная стрелка минус синяя стрелка).

    Как мы узнаем, что подъем на что-то равен весу вытесняемой им жидкости?

    Если вы можете немного посчитать, это очень легко доказать! Нам нужно знать два основных момента физики сделать это. Во-первых, это давление определяется как сила на единицу площади (сила, деленная на площадь), поэтому сила на данной поверхности коробки равна давлению, умноженному на площадь этого поверхность. Во-вторых, давление (P) на заданной глубине (h) в жидкости равно глубине, умноженной на плотность (ρ), умноженную на g (ускорение свободного падения).Или P = h × ρ × g.

    А теперь взгляните на этот затопленный ящик. Насколько велик аптраст? Давление воды в верхней части коробки составляет h2 × ρ × g, а давление в нижней части – h3 × ρ × g. Разница в давлении составляет (h3 − h2) × ρ × g = h × ρ × g.

    Поскольку площадь коробки одинакова повсюду, разница в силе – это просто разница в давлении, умноженная на площадь коробки: h × ρ × g × (w × l)

    Но поскольку (h × w × l) – это объем коробки, а ρ – ее плотность (или ее масса на единицу объема), это то же самое, что сказать, что разница в силе равна m × g, где m – это масса ящика.m × g – это еще один способ записать вес коробки.

    Таким образом, мы очень быстро доказали, что аптраст равен весу жидкости, которую вытесняет ящик. Другими словами, чем больше текучести смещает ящик (чем он больше), тем больше аптраст. Вот почему лодки большего размера – более широкие, чтобы занимать больше места – могут перевозить больше вещей.

    Средняя плотность

    Если вы все еще находите идею аптраста немного запутанной, просто вернитесь к размышлениям о плотности.Представьте, что авианосец представлял собой гигантский металлический ящик такого же объема (как большая коробка из-под обуви), частично заполненный двигателями, самолетами, моряками и всем остальным – так что он весит столько же. Этот ящик плавал бы, если бы он весил меньше, чем ящик того же размера, наполненный водой; иначе он утонет. Короче говоря, авианосец плавает, потому что он весит меньше того же объема воды – потому что его средняя плотность меньше, чем у окружающей его воды.

    Фото: Самый простой способ понять, почему вещи плавают, – это забыть об Архимеде и вместо этого подумать о плотности.Корабль плывет, потому что его средняя плотность относительно невелика. Этот пустой военно-транспортный корабль представляет собой гигантский пустой металлический ящик. Разделите его общую массу (его собственную массу плюс массу содержимого) на его объем, и вы получите его среднюю плотность. Это меньше плотности твердого металлического ящика или металлического ящика, наполненного водой, и поэтому корабль плывет. Фото Гэри Кина любезно предоставлено ВМС США.

    Почему лодки не опрокидываются?

    Если вы когда-нибудь забирались на весельную лодку, привязанную к пристань, вы почувствуете, насколько нестабильными могут быть маленькие лодки когда вы начинаете их загружать.Когда вы стоите в лодке, вы эффективно стать его частью, поэтому вы измените его центр тяжести, мгновенно подняв его намного выше. Поскольку ты войти в лодку сбоку, как только вы ступите на борт, вы переключаетесь центр тяжести к месту, где вы стоите. Теперь центр тяжести больше не находится над центром лодки, и это заставляет все вращаться к вам. Лодка относительно свободно может качаться из стороны в сторону; потому что он имеет положительную плавучесть, требуется лишь небольшой заставить его двигаться в воде.Все эти вещи вместе создают небольшую лодку относительно легко опрокинуть (повернуть на бок и часто тонет). Садясь в маленькую лодку, вы понижаете центр тяжести и делаете он более стабильный.

    Фото: Маленькие лодки могут быть довольно неустойчивыми, даже с килем. Сильный ветер мог опрокинуть лодку, поэтому весь экипаж сидит на краю, чтобы уравновесить поворот сила собственным весом. Фото Чада Рунге любезно предоставлено ВМС США.

    Лодки большего размера не страдают этой проблемой.Во-первых, они, как правило, имеют двигатели из тяжелого металла, расположенные очень низко под уровень воды, что придает им низкий центр тяжести и делает их более устойчивыми. Во-вторых, у них есть больший киль (вертикальная доска, идущая под водой сзади вперед по центральный «хребет» под лодкой. Киль помогает остановиться катание (движение из стороны в сторону) или опрокидывание лодки, потому что это означает, что требуется больше силы, чтобы толкнуть лодку вбок через воду или поверните его. Киль также играет роль в рулевого управления и движения лодки, как мы вскоре увидим.

    Как движутся лодки?

    Гравитация – это сила, с которой нам приходится работать, когда мы идем по суше. Но если ты хороший пловец, вы будете знать, что на самом деле это не проблема, когда вы двигаетесь по воде, потому что ваше тело относительно плавучее: хотя ваше тело состоит в основном из воды, это не только вода (он весит меньше мешка воды точно такого же размера). Водонепроницаемость (сопротивление), безусловно, самая большая сила, с которой пловцы должны работать, и то же верно и в отношении лодок. Чем больше весит лодка, тем ниже ее вес. он сидит в воде и тем большую водонепроницаемость он создает.Вот почему у лодок острые узкие дуги (чтобы вода не мешала чистоте) и изогнутые передние края этой плоскости (поднимите их вода по мере их движения). Подводные крылья доводят эту идею до предела, используя подводные крылья, которые поднимают корпус и освобождают его от воды во время движения.


    Фото: Судно на подводных крыльях – это тип лодки, в которой используются подводные крылья для создания подъемной силы при движении вперед, поднимая корпус над волнами для уменьшения сопротивления воды. Фото Марка С. Кеттенхофена любезно предоставлено ВМС США.

    Как и большинство других объектов, лодки движутся используя три закона движения Ньютона: 1) они никуда не денутся если какая-то сила не толкает или не тянет их; 2) Когда есть подходящей силы, это заставляет их ускоряться (двигаться быстрее или в новом направление), а большая сила их еще больше разгонит; 3) Если лодка хочет идти вперед, он должен толкать назад сила – так же, как вам нужно откинуться назад на скейтборде, чтобы выстрелить по тротуару (или оттолкнитесь ногами, чтобы идти вперед).

    В большинстве лодок используется один из трех видов мощности: весла или шесты, паруса и двигатели.

    Весла и шесты

    Фото: Человеческая сила остается надежным способом привести лодку в движение, но если у вас не будет равного количества весел с обеих сторон (или если вы не будете постоянно менять их местами), вы будете двигаться в одну сторону чаще, чем в другую. Фото Клэя Вайса любезно предоставлено ВМС США.

    Самая старая форма движения лодки – простая человеческая. власть. Вы можете грести на лодке, потянув воду назад большим весла, или вы можете подтолкнуть что-то вроде плота вперед, оттолкнувшись против реки или морского дна.Весла достигли своей вершины с удивительные галеры возникли в греческие и римские времена. Биремы (возможно, датируется вторым тысячелетием до нашей эры) имел две платформы, заполненные гребцов, в то время как триеры (изобретенные за несколько сотен лет до нашей эры) имели три, quadriremes было четыре, а quinquiremes пять (хотя будут ли лодки с таким количеством людей на такой высоте были либо стабильными, либо эффективными). Во всяком случае вскоре дали способ парусной власти.

    Паруса

    Если вы развешиваете простыни для сушки в сильном ветер, вы точно знаете, как работают парусные лодки! Но лодки не всегда хочется уплыть, и ветер дует прямо за ними.На практике это означает, что паруса нужно располагать под углом, но ветер тогда попытается поднять лодку под этим углом, а не направление, в котором вы хотите идти. Сила ветра толкает вас в одну сторону, поэтому вам нужны и другие силы, в других направлениях, чтобы исправить это и произвести результирующую (комбинированную) силу в направление, в котором вы действительно хотите идти. Две другие силы помогают. Один – это сила от киля. Если ветер развевает лодку частично вбок, киль отталкивается от воды и помогает лодке прямое направление.Вы также можете наклонить руль в задней части лодка так, что когда вода попадает в нее, она отстреливается под углом, рулевое управление лодка в ту или иную сторону. (Раньше рули располагались на справа от лодки и называется рулевым бортом, поэтому сторона лодки, обращенная вперед, по-прежнему называется правым бортом и по сей день; левая сторона называется портом.)

    Фото: У яхт несколько парусов, поэтому они могут ловить ветер с любого направления. Фото Эрика Брауна любезно предоставлено ВМС США.

    Если вы хотите плыть по ветру, вам нужно использовать треугольный или латинский парус висит в передней части лодки на угол встречного ветра. Когда ветер ударяет по парусу, он дует вокруг него и ускоряется; парус действует аналогично аэродинамический профиль (изогнутая поверхность крыла самолета), разбрасывающий воздух и толкает лодку вперед (точно так же, как нисходящий воздух от крыла продвигает самолет вверх).

    Двигатели

    Старые моряки погибли без ветра, но сейчас это не проблема, благодаря двигателям, которые могут быть используется для питания гребных винтов.Первые моторные лодки использовали паровые машины высокого давления, работающие на угле; современные двигатели неизменно дизельный. Единственная реальная проблема с использованием внутреннего сгорания двигателей для моторных лодок в том, что они нуждаются в постоянной подаче кислорода сжечь топливо; это означает, что вы не можете использовать их для питания подводных лодок под водой. Однако есть обходной путь: вы можете использовать дизельное топливо. двигатель у поверхности, чтобы приводить в действие генератор и заряжать батареи, которые затем используются для привода электродвигателя и гребного винта, когда подводная лодка находится под водой.(Ядерная энергия – еще один вариант и означает подводная лодка может находиться под водой неделями или месяцами.)

    Не все моторные лодки используют гребные винты. Гидроциклы и водные крылья (большие версии гидроциклов на подводных крыльях) используют двигателей для привода рабочих колес (водяных насосов), создающих мощную обратная струя воды. Сила воды, стреляющей в ответ в воду движет лодку вперед, как горячий выхлопной газ от реактивного двигателя.

    Из каких материалов сделаны лодки?

    Практически каждый материал, о котором вы только можете подумать, имеет в то или иное время использовались для изготовления лодок.Первые лодки были из кожи, коры и дерева животных; позже появились землянки, сделанные черпать древесину из тщательно подобранного ствола дерева. В древности раз, судостроители усовершенствовали искусство постройки лодок с отдельные доски, либо прикрепив края одной доски к краям окружающих, как кирпичи в стене (что, как известно как резьба по дереву) или, что еще лучше, перекрытие досок снизу вверх (техника, известная как клинкерное здание), которые делает лодку более прочной, легкой и быстрой.Промышленная революция принесла еще одно замечательное нововведение: эпоха могучих железных и стальных кораблей. Большинство современных кораблей по-прежнему построен из стали сегодня, хотя он относительно тяжелый. Вот почему некоторые более крупные лодки теперь изготавливаются из прочных и легких металлов, таких как как алюминий, в то время как меньшие часто делаются из легких композиты, такие как стекловолокно или сверхпрочные пластмассы, такие как Kevlar®.

    Иллюстрации: Лодки, построенные из клинкера (слева), имеют перекрывающиеся доски, что дает гораздо более прочный корпус; На лодках с резьбой (справа) доски соединены встык, образуя гладкую внешнюю поверхность.

    Краткая история кораблей и катеров

    Ссылки на этой временной шкале обычно ведут к дополнительной информации в Википедии и на других сайтах.

    Предыстория и древние времена

    • ~ 10 000 до н.э .: Первые лодки включают плоты, шкуры, лодки из кожи и коры, каяки и землянки.
    • ~ 5000–3000 гг. До н. Э .: Месопотамские моряки изобретают паруса.
    • ~ 3000 до н.э .: Древние египтяне сделали первые лодки из деревянных досок.
    • ~ 2500 г. до н.э .: минойцы и Микенцы стали первыми великими мореплавателями, исследующими Средиземное море.
    • ~ 1500–27 гг. До н. Э .: Греки строят гигантские военные корабли, в том числе биремы и триеры.
    • , 27 г. до н.э. – 400 г. до н. мост.
    • ~ 300 г. до н. Э .: Архимед (287–212 г. до н. Э.) Разгадывает науку о плавучести.
    • 200CE: Латиновые паруса широко используются в Средиземном море (хотя считается, что они были изобретены несколько раньше в арабском мире).

    Средневековье

    Великий век судоходства

    Фото: Военный корабль США «Конституция», получивший прозвище «Старый Айронсайд», представляет собой классический трехмачтовый фрегат (военный корабль), построенный в 1797 году.Давным-давно ушел с военной службы, теперь это интересный музей в Бостоне. Фото Кэтрин Э. Макдональд любезно предоставлено ВМС США.

    • 1777: Построена первая лодка с железным корпусом (в Англии).
    • 1783: маркиз д’Аббанс (1751–1832) строит первый пароход.
    • XIX век: Налажены регулярные перевозки пакетов по расписанию. Быстрые клиперы устанавливать морские рекорды.
    • 1807: Роберт Фултон (1765–1815) устанавливает рекорд путешествия из Нью-Йорка в Олбани на пароходе под названием Клермон.
    • 1819: Пароход SS Savannah пересекает Атлантику за рекордные 29 дней.
    • 1836: изобретены современные пропеллеры (независимо) Фрэнсис Петтит Смит (1808–1874) и Джон Эрикссон (1803–1889).
    • 1837: Грейт Вестерн, гигантский паровой двигатель Корабль, построенный Isambard Kingdom Brunel (1806–1859), становится первой железной лодкой, пересекшей Атлантику.
    • 1850-е: английский кораблестроитель Джон Джордан делает, вероятно, первый композитный корабль, добавляя обшивку из деревянных досок. над железным каркасом.
    • 1870-1898: Джон Холланд проектирует и строит первую практичную подводную лодку с двигателем, но пытается убедить США Военно-морской флот о своем потенциале.
    • 1877: Английский изобретатель Джон Торникрофт патентует раннюю форму корабля на воздушной подушке, основанную на плавающей лилии.
    • 1884: Сэр Чарльз Парсонс изобретает высокоэффективный паровой двигатель, называемый паровой турбиной. В 1897 году он развивает запуск двигателя с паровой турбиной под названием Turbinia.
    • 1886: Немецкий пионер автомобилестроения Готлиб Даймлер использует бензиновый двигатель для привода лодки.
    • 1886: Gluckauf, один из первых океанских танкеров, построен и спущен на воду в Великобритании.
    • 1880: Шведский морской офицер в отставке Чарльз Г. Лундборг изобретает SWATH (малый гидросамолет со сдвоенным корпусом) лодки, которые плывут высоко над волнами на два подводных корпуса.

    Современные корабли

    • ~ 1900-е годы: богатые люди любят романтику, роскошный век океанских путешествий на борту лайнеров, таких как Мавритания, Лузитания и Аквитания.
    • 1906: Энрико Форланини изобретает судно на подводных крыльях.Пионер в области телефонной связи Александр Грэм Белл также принял участие в его развитии.
    • 1912: «практически непотопляемый» роскошный лайнер под названием «Титаник» занял место в истории как самая известная океаническая катастрофа всех времен, когда он ударяется об айсберг и тонет, убито более 1500 человек.
    • 1930-е годы: немцы разрабатывают шноркель, дыхательную трубку, которая позволяет использовать дизельные двигатели на подводных лодках. работать под водой, снижая риск обнаружения.
    • 1943: Впервые используются судовые газотурбинные двигатели.
    • 1955: ВМС США запускают первый ядерный двигатель подводная лодка, USS Nautilus.
    • 1956: Первый контейнеровоз Ideal X запущен из Ньюарка, штат Нью-Джерси.
    • 1959: Судно на воздушной подушке Кристофера Кокерелла совершает свой первый рейс.
    • 1960: Жак Пикар и лейтенант Дон Уолш из ВМС США нырнули на глубину примерно 11 км (6 миль) в самую глубокую часть океаны, Марианская впадина, в Триесте, сверхпрочное водолазное судно (батискаф).
    • 1962: Корабль FLIP Института Скриппса впервые используется для изучать движение океанских волн.
    • 1964: Глубоководный научный подводный аппарат под названием Элвин разработан Океанографическим институтом Вудс-Хоул в Массачусетс и начинает исследовать океан до глубины почти 5 км. (3 мили).
    • 1978: Научно-исследовательское судно JOIDES Запущено разрешение, позволяющее ученым исследовать морское дно более подробно, чем когда-либо прежде.
    • 1992: ВМС США утилизируют последнего своего гиганта линкоры, военный корабль США Миссури.
    • 1993: ВМС США запускают экспериментальную невидимую радиолокационную станцию лодка под названием Sea Shadow, основанная на дизайне SWATH.В 2011 году ВМФ заявляет о намерении списать судно.
    • 2012: Построенный в Германии MS Tûranor PlanetSolar становится первым транспортным средством с фотоэлектрические солнечные элементы, чтобы совершить кругосветное путешествие.
    • 2014: Норлед MF Ampere, первый в мире полностью электрический автомобильный и пассажирский паром с батарейным питанием начинает курсировать в Норвегии, и экономия одного миллиона литров дизельного топлива в год.

    Почему круизные лайнеры плавают?

    Royal Caribbean управляет самыми большими круизными лайнерами в мире, и судно (если оно стоит вертикально), которое в два раза выше Монумента Вашингтона, может заставить вас задуматься, как оно не тонет.

    В «Симфонии морей» есть водные горки, ледовый каток и целый парк. Она может вместить до 6680 гостей и весит 228 081 тонну брутто (GT).

    Были ли вы на круизном лайнере или просто видели его фотографию, вы могли задаться вопросом, как такое большое судно может плавать в воде.

    Как плывет круизный лайнер? И почему он не падает, когда дует ветер?

    Круизные лайнеры Royal Caribbean – это удивительные образцы технологий, морских традиций и инноваций, но они не волшебство.Все дело в физике.

    Концепция плавучести – это то, что поддерживает круизное судно, такое как Symphony of the Seas, в вертикальном и плавучем состоянии.

    Наука плавучести была открыта Архимедом в 246 г. до н.э., когда он разработал принцип Архимеда.

    «Любой объект, полностью или частично погруженный в жидкость или жидкость, поднимается вверх силой, равной весу жидкости, вытесняемой объектом».

    По сути, круизные лайнеры могут оставаться над водой, пока они вытесняют воду, равную своей массе.

    Круизное судно вытесняет количество воды, эквивалентное его собственной массе. Давление моря давит на корпус судна, чтобы противостоять нисходящей силе массы корабля. В отличие от воздуха, воду нельзя сжать, поэтому объединенные силы создают плавучесть.

    По мере того, как круизное судно движется вперед, вода отталкивается, и эта вода изо всех сил пытается вернуться, чтобы заполнить смещенное пространство, и эта энергия заставляет корабль подниматься вверх.

    Хотя корабль действительно довольно тяжелый, на борту много открытого пространства, и этот пустой объем означает, что корабль не похож на гигантскую скалу в воде.

    При проектировании круизного лайнера инженеры уделяют особое внимание тому, чтобы средняя плотность судна (учитывая как физический вес судна, так и весь воздух) была меньше средней плотности воды.

    Океан огромен и чрезвычайно плотен. Итак, если круизный лайнер может иметь меньшую плотность, чем океан, он плавает на поверхности.

    Если вы когда-нибудь встретите инженера, он часто будет говорить о водоизмещении корабля, а не о его весе.Корабли плавают, потому что они весят меньше веса вытесняемой ими воды.

    Еще одна особенность такого корабля, как «Симфония морей», – это его широкий корпус. Такой выбор дизайна не случаен.

    При проектировании кораблей класса Oasis инженеры выбрали широкий корпус, чтобы распределить по нему вес.

    Считайте корпус корпусом корабля, а часть, которая находится под главной палубой, обычно довольно широкая и имеет глубокое дно (известное как базовая линия).Круизные лайнеры (и другие большие суда) обычно имеют водоизмещающие корпуса или корпуса, которые отталкивают воду, чтобы оставаться на плаву.

    Еще одно важное отличие круизного лайнера от лодки – это конструкция корпуса.

    Лодки имеют “v-образный корпус”, что означает, что если вы вынули их из воды и посмотрели вниз, дно напоминало букву “v”. Круизные лайнеры имеют корпус, напоминающий букву «u».

    Корпус с круглым дном перемещается по воде и делает его более устойчивым и мореходным, чем корпус лодки с V-образной формой.В первую очередь, поэтому пассажиры круизных лайнеров гораздо меньше чувствуют раскачивание или движение по сравнению с лодкой.

    Однако за стабильность приходится платить: скорость. Лодки движутся по воде намного быстрее, чем круизные лайнеры.

    Итак, с учетом всего сказанного, я еще не рассмотрел , как будет плавать круизное судно. Почему всего 30 футов под водой и более 200 футов над водой, и как они удерживают верх вверх дном?

    Это вопрос распределения веса.Двигатели и другое оборудование, топливные баки, цистерны для воды и балластные цистерны расположены на низком уровне корабля, в то время как более легкие и менее плотные помещения расположены выше.

    Более широкий корпус значительно повышает устойчивость. Симфония почти такой же ширины, как и она. Поэтому сильный ветер, дующий на борт корабля, не опрокидывает его. Он рассчитывается как кренящий момент ветра и является важной частью расчетов остойчивости для любого судна.

    Если бы Йода был инженером, он мог бы сказать: «Размер не имеет значения.Судите меня по моей плавучести ».

    Принцип Архимеда | Безграничная физика

    Плавучесть и принцип Архимеда

    Выталкивающая сила, действующая на объект, может быть рассчитана по принципу Архимеда.

    Цели обучения

    Рассчитать направление подъемной силы

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • Сила плавучести вызвана давлением жидкости, в которую погружен объект.
    • Сила плавучести всегда направлена ​​вверх, потому что давление жидкости увеличивается с глубиной.
    • Вы можете рассчитать выталкивающую силу либо напрямую, вычислив силу, действующую на каждую из поверхностей объекта, либо косвенно, найдя вес вытесненной жидкости.
    Ключевые термины
    • выталкивающая сила : восходящая сила, создаваемая жидкостью, которая противодействует весу погруженного объекта.
    • Принцип Архимеда : Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, равна весу жидкости, которую тело вытесняет.

    Когда вы встаете после принятия теплой ванны, ваши руки могут казаться странно тяжелыми. Этот эффект связан с потерей плавучести воды. Что создает эту плавучую силу? Почему одни вещи плавают, а другие нет? Получают ли тонущие предметы какая-либо поддержка от жидкости? Поддерживает ли ваше тело атмосфера или действуют только гелиевые шары?

    Подъемная сила: причина и расчет

    Мы находим ответы на поставленные выше вопросы в том факте, что в любой данной жидкости давление увеличивается с глубиной.Когда объект погружен в жидкость, восходящая сила на нижней части объекта больше, чем направленная вниз сила на верхнюю часть объекта. Результатом является чистая направленная вверх сила (выталкивающая сила) на любой объект в любой жидкости. Если выталкивающая сила больше веса объекта, объект поднимется на поверхность и будет плавать. Если подъемная сила меньше веса объекта, объект утонет. Если выталкивающая сила равна весу объекта, объект останется подвешенным на этой глубине.Выталкивающая сила всегда присутствует в жидкости, независимо от того, плавает ли объект, тонет или остается в подвешенном состоянии.

    Выталкивающая сила – это результат давления жидкости. Жидкость толкает погружаемый объект со всех сторон, но по мере того, как давление увеличивается с глубиной, толчок сильнее на нижней поверхности объекта, чем на верхней (как показано на рисунке).

    Вы можете рассчитать выталкивающую силу, действующую на объект, сложив силы, действующие на все стороны объекта. Например, рассмотрим объект, показанный в.2}} [/ latex] – ускорение свободного падения. Величина силы на верхней поверхности:

    [латекс] \ text {F} _1 = \ text {P} _1 \ text {A} = \ text {h} _1 \ rho \ text {g} \ text {A} [/ latex].

    Эта сила направлена ​​вниз. Аналогичным образом сила на нижней поверхности:

    [латекс] \ text {F} _2 = \ text {P} _2 \ text {A} = \ text {h} _2 \ rho \ text {g} \ text {A} [/ latex]

    и указывает вверх. Поскольку он имеет цилиндрическую форму, результирующая сила на сторонах объекта равна нулю – силы на разных частях поверхности противостоят друг другу и точно компенсируются.Таким образом, чистая направленная вверх сила, действующая на цилиндр со стороны жидкости, составляет:

    .

    [латекс] \ text {F} _ \ text {B} = \ text {F} _2 – \ text {F} _1 = \ rho \ text {g} \ text {A} (\ text {h} _2 – \ text {h} _1) [/ latex]

    Принцип Архимеда

    Хотя вычисление выталкивающей силы таким способом всегда возможно, часто бывает очень сложно. Более простой метод следует из принципа Архимеда, который гласит, что выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, равна весу жидкости, которую тело вытесняет.Другими словами, чтобы вычислить выталкивающую силу, действующую на объект, мы предполагаем, что погруженная часть объекта сделана из воды, а затем вычисляем вес этой воды (как показано на рисунке).

    Принцип Архимеда : Выталкивающая сила на корабле (a) равна весу воды, вытесняемой судном – показано пунктирной областью на (b).

    Принцип можно представить в виде формулы:

    [латекс] \ text {F} _ \ text {B} = \ text {w} _ \ mathrm {\ text {fl}} [/ latex]

    Обоснование принципа Архимеда состоит в том, что выталкивающая сила, действующая на объект, зависит от давления, оказываемого жидкостью на его погруженную поверхность.Представьте, что мы заменяем погруженную часть объекта жидкостью, в которой он содержится, как в (b). Сила плавучести на этом количестве жидкости должна быть такой же, как на исходном объекте (корабле). Однако мы также знаем, что сила плавучести, действующая на жидкость, должна быть равна ее весу, поскольку жидкость не тонет сама по себе. Следовательно, выталкивающая сила, действующая на исходный объект, равна весу «вытесненной жидкости» (в данном случае – воды внутри области, обозначенной пунктиром (b)).

    Принцип Архимеда применим для любой жидкости – не только для жидкостей (например, воды), но и для газов (например, воздуха).Мы исследуем это дальше, когда будем обсуждать приложения этого принципа в следующих разделах.

    Принцип Архимеда – простой пример : Мы используем принцип Архимеда, чтобы определить количество пингвинов, которое может выдержать ледяной плавучий объект.

    Полное погружение

    Сила плавучести на полностью погруженном объекте объема равна [latex] \ text {F} _ \ text {B} = \ text {V} \ rho \ text {g} [/ latex].

    Цели обучения

    Определение факторов, определяющих выталкивающую силу на полностью погруженном в воду объекте

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • Если объект полностью погружен в воду, объем вытесненной жидкости равен объему объекта.
    • Сила плавучести воздушных шаров, дирижаблей и других объектов может быть рассчитана, если предположить, что они полностью погружены в воздух.
    • Сила плавучести не зависит от формы объекта, только от его объема.
    Ключевые термины
    • Принцип Архимеда : Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, равна весу жидкости, которую тело вытесняет.

    Принцип Архимеда легче всего понять и применить в случае полностью погруженных объектов.В этом разделе мы обсудим несколько важных примеров. В общем, сила плавучести для полностью погруженного объекта определяется по формуле:

    [латекс] \ text {F} _ \ text {B} = \ text {V} \ rho \ text {g}, [/ latex]

    где [latex] \ text {V} [/ latex] – это объем объекта, [latex] \ rho [/ latex] – это плотность жидкости, а [latex] \ text {g} [/ latex] – ускорение свободного падения. Это непосредственно следует из принципа Архимеда и того факта, что объект полностью погружен (и поэтому объем вытесненной жидкости – это просто объем объекта).

    Цилиндр

    В предыдущем разделе мы рассчитали выталкивающую силу, действующую на цилиндр (показан на), рассматривая силу, действующую на каждую из сторон цилиндра. Теперь мы рассчитаем эту силу, используя принцип Архимеда. Сила плавучести на цилиндре равна весу вытесняемой жидкости. Этот вес равен массе вытесненной жидкости, умноженной на ускорение свободного падения:

    Выталкивающая сила : Жидкость толкает подводный объект со всех сторон.Однако, поскольку давление увеличивается с глубиной, толчок вверх на нижней поверхности (F2) больше, чем толчок вниз на верхней поверхности (F1). Следовательно, чистая подъемная сила всегда направлена ​​вверх.

    [латекс] \ text {F} _ \ text {B} = \ text {w} _ \ mathrm {\ text {fl}} = \ text {m} _ \ mathrm {\ text {fl}} \ text { g} [/ латекс]

    Масса вытесненной жидкости равна ее объему, умноженному на ее плотность:

    [латекс] \ text {m} _ \ mathrm {\ text {fl}} = \ text {V} _ \ mathrm {\ text {fl}} \ rho [/ latex].

    Однако ( и это решающий момент ) цилиндр полностью погружен в воду, поэтому объем вытесненной жидкости равен объему цилиндра (см.), И:

    Принцип Архимеда : Объем вытесненной жидкости (b) такой же, как объем исходного цилиндра (a).

    [латекс] \ text {m} _ \ mathrm {\ text {fl}} = \ text {V} _ \ mathrm {\ text {fl}} \ rho = \ text {V} _ \ mathrm {\ text { цилиндр}} \ rho [/ латекс].

    Объем цилиндра – это площадь его основания, умноженная на его высоту, или в нашем случае:

    [латекс] \ text {V} _ \ mathrm {\ text {цилиндр}} = \ text {A} (\ text {h} _2 – \ text {h} _1) [/ latex].

    Следовательно, выталкивающая сила на цилиндр составляет:

    [латекс] \ text {F} _ \ text {B} = \ text {m} _ \ mathrm {\ text {fl}} \ text {g} = \ text {V} _ \ mathrm {\ text {цилиндр }} \ rho \ text {g} = (\ text {h} _1 – \ text {h} _2) \ rho \ text {g} \ text {A} [/ latex].

    Это тот же результат, который был получен в предыдущем разделе при рассмотрении силы из-за давления, оказываемого жидкостью.

    Гелиевый дирижабль

    Рассмотрим USS Macon, дирижабль, наполненный гелием (показан на). Его конверт («воздушный шар») содержал 184 059 штук.5 кубометров гелия. Если не брать в расчет небольшой объем гондолы, какова была сила плавучести у этого дирижабля? Если бы дирижабль весил 108 000 кг, сколько груза он мог бы нести? Предположим, что плотность воздуха составляет 1,225 кг на кубический метр. Сила плавучести на дирижабле создается воздухом, в который он погружен. Хотя мы не знаем точной формы дирижабля, мы знаем его объем и плотность воздуха, и поэтому можем вычислить силу плавучести:

    Гелиевый дирижабль : USS Macon, дирижабль 1930-х годов, наполненный гелием.5 \, \ mathrm {\ text {kg}} = 120 \, \ mathrm {\ text {tons}} [/ latex].

    Флотация

    Если выталкивающая сила превышает вес объекта, объект поднимается на поверхность и плавает. Если подъемная сила меньше веса объекта, объект тонет. Если выталкивающая сила равна весу объекта, объект может оставаться в подвешенном состоянии на своей текущей глубине. Выталкивающая сила присутствует всегда, независимо от того, плавает ли объект, тонет или находится во взвешенном состоянии в жидкости.

    Цели обучения

    Выразите взаимосвязь между выталкивающей силой и весом для плавучего объекта

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • Доля объема погруженного объекта определяется отношением его средней плотности к плотности жидкости: [latex] \ bar {\ rho} _ \ mathrm {\ text {obj}} / \ rho_ \ mathrm { \ text {fl}} [/ latex].
    • Тонущий, плавающий или остающийся в подвешенном состоянии объект определяется путем сравнения выталкивающей силы и веса объекта.
    Ключевые термины
    • Принцип Архимеда : Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, равна весу жидкости, которую тело вытесняет.

    Почему одни объекты плавают, а другие – нет? Если вы положите металлическую монету в стакан с водой, она утонет. Но большинство кораблей построено из металла, и они плавают.Так как же это возможно?

    Условия плавучести

    Объект будет плавать, если выталкивающая сила, оказываемая на него жидкостью, уравновешивает его вес, например, если [latex] \ text {F} _ \ text {B} = \ text {mg} [/ latex].

    Но принцип Архимеда гласит, что подъемная сила – это вес вытесняемой жидкости. Итак, для плавающего объекта на жидкости вес вытесненной жидкости равен весу объекта. Таким образом, только в частном случае плавания подъемная сила, действующая на объект, равна его весу.Рассмотрим однотонный блок из твердого железа. Поскольку железо почти в восемь раз плотнее воды, при погружении оно вытесняет лишь 1/8 тонны воды, чего недостаточно, чтобы удерживать его на плаву. Предположим, тот же железный блок преобразован в чашу. Он по-прежнему весит одну тонну, но когда его помещают в воду, он вытесняет больший объем воды, чем когда он был блоком. Чем глубже погружена железная чаша, тем больше воды она вытесняет и тем больше на нее действует выталкивающая сила. Когда подъемная сила равна одной тонне, он больше не тонет.

    Когда любая лодка перемещает воду, равную ее собственному весу, она плывет. Это часто называют «принципом плавучести», когда плавающий объект вытесняет жидкость, равную его собственному весу. Каждый корабль, подводная лодка и дирижабль должны быть спроектированы таким образом, чтобы перемещать жидкость, равную ее собственному весу. Корабль водоизмещением 10 000 тонн должен быть достаточно широким, чтобы вытеснить 10 000 тонн воды, прежде чем он погрузится слишком глубоко в воду. То же самое и с судами в воздухе (поскольку воздух – это жидкость): дирижабль весом 100 тонн вытесняет не менее 100 тонн воздуха; если больше смещается, то поднимается; если смещается меньше, то падает.Если дирижабль перемещает точно свой вес, он парит на постоянной высоте.

    Флотация и плотность

    Плотность играет решающую роль в принципе Архимеда. Средняя плотность объекта – это то, что в конечном итоге определяет, плавает ли он. Если его средняя плотность меньше, чем у окружающей жидкости, он будет плавать. Это связано с тем, что жидкость, имеющая более высокую плотность, содержит больше массы и, следовательно, больше веса в том же объеме. Таким образом, подъемная сила, равная весу вытесняемой жидкости, превышает вес объекта.Точно так же утонет объект, более плотный, чем жидкость. Степень погружения плавающего объекта зависит от того, как плотность объекта связана с плотностью жидкости. Например, разгруженное судно имеет меньшую плотность и меньше погружено в воду по сравнению с тем же кораблем, загруженным грузом. Мы можем получить количественное выражение для погруженной фракции, рассматривая плотность. Доля погружения – это отношение погруженного объема к объему объекта, или

    .

    Плотность и погружение : Незагруженное судно (a) плавает в воде выше, чем загруженное судно (b).

    [латекс] \ mathrm {\ text {дробь} \, \ text {submerged}} = \ frac {\ text {V} _ \ mathrm {\ text {sub}}} {\ text {V} _ \ mathrm { \ text {obj}}} = \ frac {\ text {V} _ \ mathrm {\ text {fl}}} {\ text {V} _ \ mathrm {\ text {obj}}} [/ latex]

    Погруженный объем равен объему вытесненной жидкости, который мы называем [латексом] \ text {V} _ \ mathrm {\ text {fl}} [/ latex]. Теперь мы можем получить соотношение между плотностями, подставив в выражение [latex] \ rho = \ text {m} \ text {V} [/ latex]. Это дает

    [латекс] \ mathrm {\ text {дробь} \, \ text {submerged}} = \ frac {\ text {m} _ \ mathrm {\ text {fl}} / \ rho_ \ mathrm {\ text {fl} }} {\ text {m} _ \ mathrm {\ text {obj}} / \ bar {\ rho} _ \ mathrm {\ text {obj}}} [/ latex]

    где [латекс] \ bar {\ rho} _ \ mathrm {\ text {obj}} [/ latex] – это средняя плотность объекта, а [латекс] \ rho_ \ mathrm {\ text {fl}} [/ latex ] – плотность жидкости.Поскольку объект плавает, его масса и масса вытесненной жидкости равны, поэтому они исключаются из уравнения, оставляя

    [латекс] \ mathrm {\ text {дробь} \, \ text {submerged}} = \ frac {\ bar {\ rho} _ \ mathrm {\ text {obj}}} {\ rho_ \ mathrm {\ text { fl}}} [/ латекс].

    В связи с этим выражением следует отметить несколько моментов:

    1. Обратите внимание, что здесь упоминается средняя плотность объекта. Это может быть намного меньше плотности материала, из которого сделан объект. Например, стальной корабль на самом деле в основном заполнен воздухом (подумайте о коридорах, грузовых трюмах и т. Д.), поэтому его средняя плотность находится между плотностью воздуха и стали. Точнее, средняя плотность определяется как общая масса объекта, деленная на его общий объем: [latex] \ bar {\ rho} = \ text {m} / \ text {V} [/ latex].
    2. Эта формула имеет смысл только в том случае, если плотность объекта меньше плотности жидкости. В противном случае доля погруженного в воду становится больше единицы – признак того, что объект вообще не плавает, а тонет!

    q22-объясните-почему-железная-игла | LIDO

    Решение:

    Плотность железа больше плотности воды, поэтому вес железа больше веса вытесняемой им воды, и гвоздь тонет.

    В то время как форма железного корабля сделана таким образом, что он вытесняет больше воды, чем его собственный вес.

    Во-вторых, корабль полый, и пустое пространство содержит воздух, поэтому средняя плотность корабля меньше плотности воды, и поэтому он плавает по воде.

    Здравствуйте, студенты, добро пожаловать на пляж! Вопрос обучения и отвечу на видео, так что здесь очень и очень интересный вопрос Я надеюсь, что некоторые из вас, должно быть, путешествовали корабль и мы знаем, что этот корабль очень большой тело правое, но оно остается на плаву в воде не понимаю, почему это происходит тогда как если вы видите железную иглу, что бывает, и тут же тонет в воде так что это не имеет смысла, не так ли железная игла такая маленькая объект он все еще тонет, а корабль, который из железа на самом деле Корабль тоже сделан из железа, но все же он остается на плаву так что давайте попробуем выяснить разницу между железная игла и почему тонет а там корабль почему он плавает до этого нам нужно знать значение плотности поэтому плотность определяется как марс на единицу объем и следующее, что мы требовать знать, чтобы объект тонул или плавал является что, когда объект является плотностью объекта, больше плотности жидкости объект тонет так, что если плотность любой объект больше плотности воды тогда объект утонет, однако если плотность объекта меньше затем плотность жидкости, а затем объект будет float это основное условие на что эта теория на основе, поэтому плотность, если она меньше, чем плотность воды тогда теперь он будет плавать, вернемся к нашему интересно вопросы, мы должны применить все эти три вещи здесь чтобы узнать ответ на этот вопрос, давайте посмотри на корабль как видите, корабль там справа, человек тоже стоит на корабле так корабль плывет, потому что это Средняя плотность, средняя плотность корабля, так что позвольте мне просто записать это Итак, средняя плотность корабля намного меньше плотности воды, как нам этого добиться как может быть средняя плотность корабля меньше чем вода Давайте поговорим о плотности, когда мы знаем Эта плотность – это масса по объему теперь мы не можем изменить массу отправляем правильно, но что мы можем с этим сделать объем громкость можно увеличить прямо так хотя корабль состоит из железа и имеет очень большой объем и много пустых пробелы так что он сделан из железа, но имеет большой объем и много пустого места это уменьшается, поэтому, когда есть объем Приведенное ниже увеличение знаменателя увеличение означает, что плотность будет снижаться так это снижает плотность корабля в результате средняя плотность корабль уменьшается и корабль плывет по поверхности воды поэтому он становится ниже, чем плотность вода в результате он плавает на поверхности воды в то время как вы говорите о железной булавке или железной иглой, что происходит, это твердый объект справа Мы также знаем твердую плотность твердое вещество больше плотности жидкости обычно, правда, этого снова нет Мы будем использовать ту же формулу плотности: какая масса по объему Здесь также очень большой объем иглы. маленький объем крошечный крошечный и масса не изменится или это допустим, масса останется постоянной, но объем очень маленький, поэтому плотность железа в любом случае больше, чем плотность воды плотность железа больше чем плотность воды в результате железная игла утонет потому что плотность железной иглы больше чем плотность я надеюсь этот момент был ясен если у вас есть еще сомнения, пожалуйста оставьте свои комментарии ниже Спасибо.

    Почему стальные лодки могут плавать по воде, когда стальной стержень тонет?

    Стандартное определение плавания было впервые записано Архимедом и звучит примерно так: объект в жидкости испытывает восходящую силу, равную весу жидкости , смещенной объектом. Таким образом, если лодка весит 1000 фунтов (или килограммов), она будет тонуть в воде, пока не вытеснит 1000 фунтов (или килограммов) воды. При условии, что лодка вытесняет 1000 фунтов воды до того, как все это затоплено, лодка плавает.

    Нетрудно сформировать лодку таким образом, чтобы вес лодки был смещен до того, как лодка полностью погрузится под воду. Причина, по которой это так легко, заключается в том, что значительная часть интерьера любой лодки – это воздух (в отличие от стального куба, который полностью выполнен из стали). Средняя плотность лодки – сочетание стали и воздуха – очень легкая по сравнению со средней плотностью воды . Таким образом, на самом деле очень небольшая часть лодки должна погрузиться в воду, прежде чем она сместит вес лодки.

    Следующий вопрос касается самого плавающего . Как молекулы воды узнают, что 1000 фунтов из них исчезли? Оказывается, что фактическое плавание связано с давлением , а не с весом. Если вы возьмете столб воды размером 1 квадратный дюйм и высотой 1 фут, он будет весить около 0,44 фунта в зависимости от температуры воды (если вы возьмете столб воды размером 1 квадрат на 1 метр, он весит около 100 граммов). Это означает, что столб воды высотой 1 фут оказывает 0.44 фунта на квадратный дюйм (psi). Точно так же столб воды высотой 1 метр испытывает давление 9800 паскалей (Па).

    Если вы погрузите коробку с прикрепленным манометром (как показано на этом рисунке) в воду, то манометр будет измерять давление воды на глубине погружения:

    Если вы погрузите коробку в воду 1 фут в воду, датчик покажет 0,44 фунта на квадратный дюйм (если вы погрузите его на 1 метр, он будет показывать 9800 Па). Это означает, что нижняя часть коробки имеет направленную вверх силу , приложенную к этому давлению.Таким образом, если коробка имеет размер 1 квадратный фут и погружена на 1 фут, дно коробки выталкивается вверх давлением воды (12 дюймов * 12 дюймов * 0,44 фунта на квадратный дюйм) 62 фунта (если квадрат 1 метр и погруженный на глубину 1 метр, восходящая сила 9800 ньютонов). Это просто происходит в точности равным весу кубического фута или кубического метра вытесняемой воды!

    Именно это восходящее давление воды, давящее на дно лодки, заставляет лодку плавать. Каждый квадратный дюйм (или квадратный сантиметр) лодки, находящейся под водой, испытывает давление воды, толкающее его вверх, и это комбинированное давление поддерживает плавучесть лодки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *