Исследовательская работа в начальной школе на тему «Почему корабли не тонут?»

Закон Архимеда в действии. Парадокс Архимеда

Чтобы объяснить это явление, необходимо иметь представление о Законе Архимеда: на тело, погруженное в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (или газа) в объеме тела. Чтобы убедиться в действии выталкивающей силы, достаточно погрузиться в ванну, наполненную до краев. Тело вытолкнет часть воды вверх, и она прольется на пол.

Другими словами, когда какое-либо физическое тело погружается в воду, оно освобождает себе пространство, выталкивая часть воды. А вода, в свою очередь, выталкивает тело наверх. Корабли очень тяжелые, но в их корпусе есть большие равномерно расположенные пустоты, заполненные воздухом, который легче воды.

В результате вес той воды, которую выталкивает корабль, больше его собственного веса. Так что судно не утонет до тех пор, пока оно не перегружено и не стало тяжелее вытолкнутой им воды. Между прочим, пустые помещения помогают кораблю не потонуть даже с пробоиной в корпусе, находящейся ниже уровня воды.

Таким образом, в случае корабля выталкивающая сила равна весу воды в объеме той части судна, которая погружена в воду. Если эта сила больше, чем вес судна, то оно будет плавать. Кстати, парадокс Архимеда утверждает, что тело может плавать в объеме воды меньшем, чем объем самого тела, если его средняя плотность меньше, чем плотность воды.

Понятия водоизмещения и ватерлинии

Корабль не тонет потому, что в отличие от гвоздя обладает водоизмещением. Водоизмещение — это количество (вес или объем) воды, вытесненной подводной частью корпуса судна. Масса этого количества воды равна весу всего судна, независимо от его размера, материала и формы.

Как известно, корабли предназначены для перевозки людей и грузов. Если он пустой, то его вес минимальный, а следовательно, он меньше всего «осаживается» в море. Груженое судно погружается в воду глубже. При повышенной нагрузке чрезмерное погружение в воду чревато затоплением — судно уйдет под воду и утонет.

Предлагаем ознакомиться:  Почему луна не вращается и мы видим только одну сторону? || Почему мы видим одну сторону луны

Поэтому на корпусе имеется ватерлиния — специальная горизонтальная линия на внешней стороне борта, до которой крупное плавательное средство погружается в воду при нормальной осадке. Обычно выше нее корабль открашен одним цветом, а ниже — другим. Если уровень ватерлинии начал погружаться под воду, это свидетельствует о перегрузке судна либо наличии пробоины.

В наше время для определения глубины погружения существует множество датчиков. А ватерлиния — лишь вспомогательное средство определения исправности и правильной эксплуатации судов.

Таким образом, железные суда проектируют и строят с таким расчетом, чтобы при погружении они вытесняли количество воды, вес которой равен их весу в загруженном состоянии.

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.

Аналогия с железным шариком

Можно представить объяснение и с точки зрения физической зависимости между массой, объемом и плотностью. Тела, плотность которых меньше плотности воды, свободно плавают по ее поверхности. Как известно, плотность обратно пропорциональна объему и прямо пропорциональна массе, что отражает формула ρ=m/v.

Железный шарик тонет в воде, потому что у него большой вес, но маленький объем. Если этот шарик расплющить в тонкий лист, а из листа сделать большой, внутри пустой шар, то вес не увеличится, а объем значительно вырастет, из-за чего железный шар будет плавать.

Корабль внутри имеет множество пустых, наполненных воздухом помещений, и его средняя плотность значительно меньше плотности воды. Поэтому для судна очень опасно, если пробоины в нем будут наполняться водой — вода тяжелее воздуха —  это приведет к нарушению баланса между весом судна и объемом — и он пойдет ко дну.

Предлагаем ознакомиться:  Как избавиться от потливости ног

Интересно, что в танкерах, перевозящих нефть, пустых помещений с воздухом почти нет, так как сама нефть имеет плотность, меньшую плотности воды. Аналогично и с лесовозами. Поэтому танкеры и лесовозы нагружают под завязку — чтобы не требовался воздух. А такие судна, как балкеры, перевозящие металл и железную руду, нуждаются в большом количестве пустых помещений.

На схеме: 1 — Силы поддержания корабля на плаву; 2 — Давление воды на борт судна.

Таким образом, действие выталкивающей силы зависит, во-первых, от объема плавательного средства, а во-вторых — от плотности воды, в которой судно плавает.

Эта сила тем больше, чем больше объем погруженного тела.

После физики — немного лирики

Корабль и волны

На море шторм, девятый валИ волны бьются о корабль.

Он плыл себе, беды не зная,А волны быстро догоняли.

Еще мгновение, и два — И в корабле одна вода.

Он постепенно шел ко днуИ, скрывшись в море, затонул…

И долго ветер бушевал,Он гнев природы вымещал.

Но, наконец, затихли волны,Природа вновь стала довольной.

Но люди впредь не засмеются,Сердца их больше не забьются…

Все стихло, гладь как зеркала,Но ни людей, ни корабля…

                                                  /Л. Ш., 1991 год/

Как погружаются и всплывают подводные лодки

У подводной лодки есть специальные резервуары, которые при погружении заполняются водой. Вес лодки увеличивается, она становится тяжелее воды и погружается вниз. При всплытии резервуар наполняют воздухом, который вытесняет воду. Схематически это указано на рисунке выше.

Одна из первых подводных лодок была сконструирована и испытана голландцем Корнелиусом ван Дреббелем еще в 20-х годах XVII века. Двенадцать гребцов погружали деревянную лодку под воды реки Темза в Великобритании.

Этот неуклюжий водолазный костюм изобрели более 200 лет назад. Воздух для водолаза поступал с поверхности по длинному шлангу.

Таким образом, благодаря воздуху, который легче воды, можно контролировать погружение тел в воду. На этом принципе основано перемещение подводных лодок и по этой причине корабли не тонут.

Загрузка ...
Adblock detector