За счет чего корабль держится на плаву
IT News
Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm
Почему корабли держатся на воде?
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. У такого корабля направленная вверх сила давления воды на корпус будет преодолевать направленную вниз силу тяжести, которая может считаться приложенной в одной точке, называющейся центром тяжести. 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.
Закон Архимеда
Подвешенный на пружинных весах кубик (рисунок под текстом) весит в воде меньше (правая часть рисунка), чем в воздухе (левая часть рисунка). При погружении кубик вытесняет объем воды, вес которого равен уменьшению реса кубика. Связь между объемом погруженного тела и силой, выталкивающей это тело вверх, была впервые описана греческим математиком Архимедом в третьем столетии до нашей эры.
Сила тяжести против выталкивающей силы
Слабо загруженный корабль имеет небольшую осадку, так как при большем погружении корпуса выталкивающая сила (синяя стрелка) начинает превышать силу тяжести (красная стрелка). Полностью загруженный корабль сидит в воде глубже, вытесняя больший объем воды, чем легкий корабль.
Поддержание равновесия
Смещение центра тяжести
Три схематических разреза корабля на рисунке показывают, как загрузка влияет на остойчивость. Полный трюм корабля (ближний разрез) сводит центр тяжести и точку приложения выталкивающей силы (центр плавучести) близко друг к другу, делая корабль остойчивым. Накрененный волнами, такой корабль легко восстанавливает положение равновесия. В корабле с пустым трюмом (средний разрез), центры тяжести и плавучести отстоят друг от друга на большом расстоянии, поэтому корабль неустойчив. Вес заполненных водой балластных резервуаров (дальний разрез) восстанавливает остойчивость корабля.
Устройства для уменьшения качки
Два резервуара в корпусе (рисунок над текстом) помогают уменьшать бортовую качку. Вес воды, перетекающей из одного резервуара в другой, противодействует боковым ударам волн.
Носовой резервуар, попеременно заполняющийся водой и опорожняющийся, уменьшает килевую качку корабля в бурных морях.
Почему корабли не тонут
Почему не тонет корабль
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 водомерки 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 утонуть, 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 судьба 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.
Почему корабль не тонет? Простое объяснение непростого вопроса
В настоящее время кораблестроение хорошо развито. Громадные стальные и железные суда бороздят просторы океана. Однако у многих возникает вопрос: почему корабль не тонет? Ведь его масса огромна, и он должен утонуть сразу же, как только окажется на воде.
Почему корабль не тонет? Физика в кораблестроении
Для того чтобы объяснить такое интересное явление, необходимо обратиться к закону великого ученого Архимеда. Закон звучит следующим образом: жидкость выталкивает любые тела с такой силой, которая равняется весу жидкости в объеме погруженной в нее части тела. Если говорить более простыми словами, то звучит это примерно так: чем больше площадь корабля, тем тяжелее он может быть и при этом не утонуть. А значит, большая площадь позволяет использовать такие тяжелые материалы, как сталь или железобетон, которыми и пользовались США для кораблестроения в начале 20-го века.
К тому же большая площадь дает возможность нагружать судно грузом. Плавучесть корабля поддерживается объемом воздуха, который заключен в объем всего судна. Стоит отметить, что воздух в 825 раз легче, чем вода. Это же и является ответом на вопрос, почему корабль не тонет. Ведь именно из-за образования так называемой воздушной подушки и при использовании закона Архимеда удается строить стальные судна, которые не уходят под воду.
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.
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.
Это говорит о том, что остойчивость малая. 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.
Правила морехода
Управление судном
«Параметры, влияющие на плавучесть корабля»
Содержимое публикации
МБУ ДО «ДДТ», структурное подразделение
«Станция юных техников им. Днепрова В.М.»
Конспект открытого занятия в объединении
Разработал и провёл занятие:
Руководитель объединения Н.Ю. Антипова
Тема занятия: Параметры, влияющие на плавучесть корабля.
Цель занятия: формирование первичных знаний в области судостроения.
Опытным путём выявить параметры, влияющие на плавучесть корабля;
Развивать конструкторское и логическое мышление;
Воспитывать стремление к самообразованию, умение работать самостоятельно.
Зам. Директора по УВР,
Контейнеры для воды, вода, пластилин, воздушные шарики, сырое яйцо, металлические скрепки, деревянные палочки;
Объявление темы – 2 мин.
Объяснение, с проведением опытов по теме – 30 мин.
Подведение итога – 5 мин.
Тема нашего занятия – «Параметры, влияющие на плавучесть корабля».
Цель занятия: формирование первичных знаний в области судостроения.
Ребята, сегодня мы с вами опытным путём узнаем, почему корабль держится на воде и не тонет. И от чего это зависит.
«Влияет ли материал, из которого сделан корабль, на его плавучесть?»
Возьмём предметы из различных материалов и погрузим их в воду, чтобы выяснить, какие из них держатся на воде, а какие тонут.
Но сегодня много кораблей сделаны из металла, и они не тонут.
Плавучесть корабля не зависит от материала, из которого он изготовлен.
Вывод: плавучесть корабля зависит не только от материала,из которого он сделан.
Проведём следующий опыт.
«Влияет ли форма на плавучесть корабля?»
Придаём пластилину форму корабля.
Ребята лепят из пластилина лодку.
Погружаем лодку в воду и видим, что он не утонул, а поплыл. Корабль не тонет, потому что он имеет особую форму.
Вывод: плавучесть корабля зависит от его формы.
Проведём следующий опыт.
«Влияние воздуха на плавучесть корабля?»
А теперь надуйте свой шарик и опустите его в волу. Что получится?
Вывод:корабль не тонет, потому что воздух внутри него держит его на плаву.
1. Опускаем в ёмкость с водой сырое яйцо, оно тонет.
2. Добавляем в ёмкость с водой соль, яйцо начинает пониматься.
Вывод: на корабль действует сила, которая выталкивает его вверх. Эта сила Архимеда.
«Центр тяжести корабля»
1. Ставим в ёмкость с водой пластиковую бутылку, она падает. Она не устойчива.
Вывод: центр тяжести – ниже основной части судна, и поэтому при любой качке корабль не перевернётся.
Итак ребята, давайте подведём итог нашим опытам. От чего же зависит плавучесть корабля?
Плавучесть корабля зависит от его формы.
Корабль не тонет, потому что воздух внутри него держит его на плаву.
На корабль действует сила, которая выталкивает его вверх. Эта сила Архимеда.
Центр тяжести – ниже основной части судна, и поэтому при любой качке корабль не перевернётся.
Молодцы, ребята. А теперь давайте приведём в порядок рабочие места. И можете отдохнуть.
Олимпиада для дошкольников «СТУПЕНЬКИ ЗНАНИЙ » Математика и логика
Всероссийский конкурс детско-юношеского творчества «ЖИВОТНЫЕ В ЗИМНЕМ ЛЕСУ »
Всероссийский конкурс детско-юношеского творчества «ТИГР – СИМВОЛ ГОДА »
Если вам понравилась статья, лучший способ сказать cпасибо — это поделиться ссылкой со своими друзьями в социальных сетях 🙂
За счет чего корабль держится на плаву
Обоснование выбора темы работы
Однажды мы с родителями отправились в отпуск на море. Мы побывали в Тайланде на острове Пхукет. Там мы плавали по морю на острова, добирались мы до них на катере. Я наблюдал за другими судами, которые плавают в море. Были лодки, на борту которых находились странные предметы.
Паром, он перевозит людей от острова к острову. И двигается намного медленнее, чем катер.
Тогда я и подумал, как передвигаются эти судна по воде и почему они не тонут? Кроме нас на катере было много тяжелых предметов и много людей, но он без труда передвигался по морю.
Я решил провести исследование и найти ответ на вопрос: «Почему корабли не тонут?».
Считаю, что работа на избранную тему является актуальной в связи с появлением новых моделей кораблей. Их строят из тяжелых материалов, но это им не мешает держаться на плаву и доставлять важные грузы к месту назначения.
После возвращения из отпуска, я узнал, что в нашем городе есть судомодельный кружок, и меня это очень заинтересовало. Стало интересно, как их моделируют и что позволяет им с легкостью держаться на плаву.
Я стал посещать судомодельный кружок, мой преподаватель, Александр Семенович, рассказывает нам о строении кораблей. Я учусь строить корабли из дерева и мне это очень нравиться.
Исследование вопроса, позволяющего понять, почему корабли не тонут в воде?
1. Собрать и проанализировать информацию о причинах, по которым корабли держаться на плаву.
2. Провести опыты, объясняющие, почему корабли не тонут.
3. Познакомиться с литературой, изучающий данный вопрос.
Причины плавания кораблей.
Изучение взаимодействия жидкости и предметов, помещенных в нее.
Предположим, корабль имеет особенности строения, позволяющие не тонуть:
1. Материал, из которого изготовлен корабль, не дает ему утонуть.
2. Корабль не тонет, потому что он имеет особую форму.
Корабль не тонет, потому что воздух внутри него держит его на плаву.
1. Консультация специалиста – преподавателя судомодельного кружка.
2. Изучение познавательной литературы.
3. Работа с компьютером, сбор информации в интернете.
4. Наблюдение и проведение опытов, экспериментов.
Проверка гипотез и проведение опытов
Сначала я решил обратиться к литературе. Я узнал, что корабль начался с бревна. Повалил человек дерево, обрубил сучья, сел и поплыл. Потом люди начали строить корабли из других материалов: металла, пластика и т.д.
Мой преподаватель, Александр Семенович, рассказывал нам, что вода умеет выталкивать любые тела. Если стоять по горло в воде, опустив руки по бокам, то руки будут постепенно подниматься. Вода выталкивает их. В бассейне я убедился, что это действительно так. Провел опыты:
Опыт № 1 «Влияет ли материал, из которого сделан корабль, на его плавучесть?
Поочередно погружаем в воду предметы, сделанные из металла – гвоздь, дерева – брусочек, стекла – стеклянная пластина и пластмассы – крышка от бутылки. Как видно, предметы из стекла и металла утонули, а из дерева и пластмассы – нет.
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 уроков окружающего мира я узнал, что все окружающие нас предметы и вещества состоят из крошечных, не видимых глазу 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 расположены далеко друг от друга, обладают меньшей плотностью, поэтому остаются плавать на поверхности воды.
Вывод: «Плавучесть» корабля не зависит от материала, из которого он изготовлен. Следовательно, гипотеза № 1 не верна.
Опыт № 2 Влияние формы на плавучесть корабля
Дома я слепил лодку из пластилина и решил опустить ее на воду и увидел, что он плавает и не тонет. Волшебство свершилось, тонущий материал плавает на поверхности.
Затем из другого кусочка пластилина, я слепим шарик, и опустил его в воду, шарик утонул.
Вывод: Корабль не тонет, потому что он имеет особую форму, гипотеза № 2 верна.
Опыт № 3. Влияние воздуха на плавучесть корабля
Я задумался – а что еще находиться на корабле кроме команды с капитаном, пассажиров и грузов? На корабле есть воздух.
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. Это хорошо видно из следующего опыта.
Шарик с воздухом внутри, погруженный в воду, с силой вылетает из нее вверх.
Это действует на шар выталкивающая сила (сила Архимеда). Она то и удерживает корабль на плаву и позволяет кораблю плавать.
Вывод: Корабль не тонет, потому что воздух внутри него держит его на плаву, гипотеза № 3 верна.
Выталкивающая сила воды. Закон Архимеда
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.
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. Это возможно благодаря тому, что эти пустоты отгорожены друг от друга толстыми перегородками. Если даже вода полностью заполнит одну полость, то остальные останутся в прежнем состоянии.
На основании проведенного исследования можно сделать выводы о том, что мои гипотезы подтвердились не полностью.
Я убедился, что корабль обладает достаточным запасом плавучести, поскольку имеет особую форму.
Еще я узнал, что на корабль действует выталкивающая сила (сила Архимеда), направленная вверх. По закону Архимеда эта сила равна весу жидкости, вытесненной кораблем.
Думаю, что моя исследовательская работа полезна для меня, так как я занимаюсь в судомодельном кружке. Я нашел ответ на свой вопрос «почему корабли не тонут?». Я узнал много нового про свойства воды, про закон Архимеда. 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.