За счет чего не тонет корабль на воде
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 корабли не тонут
Как известно, корабли строят из металла и они очень тяжёлые. Железные гвозди тоже производят из металла, по сравнению с кораблями они лёгкие, но, тем не менее, уходят ко дну. А почему корабли не тонут?
Закон Архимеда в действии. Парадокс Архимеда
Чтобы объяснить это явление, необходимо иметь представление о Законе Архимеда: на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (или газа) в объёме тела. Чтобы убедиться в действии выталкивающей силы, достаточно погрузиться в ванну, наполненную до краёв. Тело вытолкнет часть воды вверх, и она прольётся 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 тяжёлые, 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.
Таким образом, в случае корабля выталкивающая сила равна весу воды в объёме 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 объёме воды меньшем, чем объём самого тела, если его средняя плотность меньше, чем плотность воды. Проявление этого парадокса состоит в том, что массивное тело (то есть плавательное средство) может плавать в объёме воды намного меньшем, чем объём самого тела.
Понятия водоизмещения и ватерлинии
Корабль не тонет потому, что, в отличие от гвоздя, обладает водоизмещением. Водоизмещение — это количество (вес или объём) 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. Гружёное судно погружается в воду глубже. При повышенной нагрузке чрезмерное погружение в воду чревато затоплением — судно уйдёт под воду и утонет. 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 неё корабль открашен одним цветом, а ниже — другим. Если уровень ватерлинии начал погружаться под воду, это свидетельствует о перегрузке судна либо наличии пробоины. С другой стороны, пустой корабль не должен быть слишком лёгким, так как в этом случае его подводная часть будет слишком маленькой по отношению к надводной. Такое положение также опасно: ветер и волны могут опрокинуть плавательное средство.
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 расчётом, чтобы при погружении они вытесняли количество воды, вес которой равен их весу в загруженном состоянии.
Аналогия с железным шариком
Можно представить объяснение и с точки зрения физической зависимости между массой, объёмом и плотностью. Тела, плотность которых меньше плотности воды, свободно плавают по её поверхности. Как известно, плотность обратно пропорциональна объёму и прямо пропорциональна массе, что отражает формула ρ=m/v. То есть при неизменной массе тела, чтобы уменьшить плотность, требуется пропорционально увеличить его объём. Последнее утверждение можно представить следующим примером.
Железный шарик тонет в воде, потому что у него большой вес, но маленький объём. Если этот шарик расплющить в тонкий лист, а из листа сделать большой, внутри пустой шар, то вес не увеличится, а объём 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 нём будут наполняться водой. Вода тяжелее воздуха, что приведёт к нарушению баланса между весом судна и объёмом, и он пойдёт ко дну.
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 объёма плавательного средства, а во-вторых — от плотности воды, в которой судно плавает.
Эта сила тем больше, чем больше объём погружённого тела.
Могут ли корабли летать?
Суда на воздушной подушке передвигаются по воде, однако они не погружаются в воду, как обычные корабли. Они парят на прослойке воздуха, которая приподнимает судно над поверхностью воды. Такой корабль может передвигаться не только по воде, но и по земле.
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.
Первая подводная лодка
Одна из первых подводных лодок была сконструирована и испытана голландцем Корнелиусом ван Дреббелем ещё в 20-х годах XVII века. Двенадцать гребцов погружали деревянную лодку под воды реки Темза в Великобритании.
Первый водолазный костюм
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.
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
Исследовательская работа в начальной школе на тему «Почему корабли не тонут?»
Выполнили:
Дергилёв Максим,
Гузиёв Игорь
ученики 3 класса
В современных условиях роль проектной и учебной исследовательской деятельности существенно возрастает. Важно не просто передать знания школьнику, а научить его овладевать новым знанием, новыми видами деятельности. Учебное исследование поддерживает мотивационно-смысловую составляющую жизни обучающихся, которая реализуется через самостоятельный познавательный поиск. Учебное проектирование формирует способности к планированию собственной деятельности, построению жизненных планов во временной перспективе. В ходе исследования учащиеся открывают новые знания и пути их открытия, а в ходе проектирования используют эти знания как средство решения практически значимых ситуаций. Проектная работа способствует воспитанию самостоятельности, инициативности, ответственности, повышению мотивации и эффективности учебной деятельности. Таким образом, создание условий для реализации проектной и исследовательской деятельности – задача современной образовательной организации.
Это особенно актуально в процессе перехода на Федеральный государственный образовательный стандарт, отличительной особенностью которого является его деятельностный характер, ставящий главной целью развитие личности школьника. Основы проектной и исследовательской деятельности закладываются в начальной школе. От современной школы требуются особых усилия по формированию комплекса условий для организации проектной и исследовательской деятельности обучающихся (начиная с 1-го класса).
І. Введение
1.1. Обоснование выбора темы работы
1.2. Цели и задачи работы
Цель:выяснить причины, позволяющие кораблям не тонуть и не переворачиваться; можно ли построить дом на воде?
1. Собрать и проанализировать информацию о плавучести тел.
2. Провести опыты, объясняющие условия, при которых тела плавают в воде.
1.3. Построение гипотез, определение методов исследования, составление плана работы
Что, еслипостроить плавучий дом.
ІІ. Основная часть
2.1. Проверка гипотез с использованием научной литературы
Мы летом отдыхали на речке и замечали странную вещь. Когда мы пытались нырнуть и задержаться на дне, то у нас ничего не получалось. Какая –то сила выталкивала тела вверх.Что это за сила?
Мы решили обратиться к литературе.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.
Мы узнали от учителя физики, что есть тела легче воды, есть тяжелее. Одни тонут, а другие нет.
Предметы могут тонуть или не тонуть в зависимости от того, какова плотность материала, из которого сделан предмет и какова плотность жидкости.
Из энциклопедии мы узнали о том, что корабль имеет продолговатую форму, чем-то напоминающую глубокую тарелку. Палубы на корабле закрывают его как крышки.
Корабли строят так, чтобы они в воде не тонули
Когда судно идёт без груза, оно высоко сидит в воде.
Даже полностью гружёное судно не тонет. Потому что его контроль-отметка – грузовая ватерлиния – всегда находится над водой.
Корабли строят так, чтобы они в воде не тонули
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.
2.2. Проверка гипотез экспериментальным путём
Для проверки наших гипотез нами были проделаны следующие опыты.
Предположим,что корабль имеет особенности строения, которые позволяют ему не тонуть.
I. Материал, из которого изготовлен корабль, не даёт ему тонуть.
| Тело | Вещество | Тонет | Не тонет |
| Ложка | металл | + | — |
| Контейнер | пластмасса | — | + |
| Брусок | дерево | — | + |
| Бусина | стекло | + | — |
Вывод:пробковые и деревянные тела вода выталкивает, а металлические и стеклянные – нет.“Плавучесть” корабля не зависит от материала, из которого он изготовлен.
А корабль сделан из стали. И он плавает.
Гипотеза не подтвердилась!
II. Корабль не тонет, потому что имеет особую форму.
Следующий опыт, который был нами проведён “Предел плавучести”.
Опустим крышку кастрюли на воду сначала в горизонтальном положении, а потом вертикально. В горизонтальном положении крышка не тонет, а в вертикальном сразу идёт ко дну. (Приложение 1)
Вывод:плавучесть предмета зависит от его плотности. Корабль не тонет, так как имеет большой объём.
Ещё один опыт, который подтверждает особенность строения корабля: “Строение”
1. Сделаем из пластилина лодочку и пустим в воду. Лодочка держится на воде.
2. Вытащим лодочку, сомнём в комок и опустим в воду. Комок пластилина опустился на дно. (Приложение 1)
Вывод:плавучесть предмета зависит от его формы. Непотопляемость корабля зависит от его строения.
III. Определённые секреты строения корабля.
Для подтверждения этой гипотезы нами были проведены следующие опыты: 1. “Сила воды”
1. Возьмём крупный фрукт, например, гранат. Привяжем к нему тонкую резиновую нить так, чтобы гранат висел на нити. Затем взвесим его с помощью безмена.
2. Опустим гранат, подвешенный на резинке, в сосуд с водой. (Приложение 1)
Вывод: Вода выталкивает предметы. На корабль, погружённый в воду, действует выталкивающая сила.
1. Наполнили стакан водой и опустили яйцо. Яйцо опустилось на дно.
1. Стали добавлять в воду соль (понемногу) до тех пор, пока яйцо полностью не всплыло. От соли плотность воды увеличилась. (Приложение 1)
Вывод: солёная вода плотнее пресной, поэтому выталкивающая сила воды больше в солёной воде.
“Плавучесть” корабля не зависит от материала, из которого он изготовлен.
Корабли не тонут, потому что на них действует выталкивающая (подъемная) сила по закону Архимеда, направленная вверх и равная весу жидкости, вытесненной кораблем.
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.
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.
Корабли специально строят такой формы и такого строения, чтобы они не тонули.
Узнав всё это, мы решили, что можно построить плавучий дом.
Наши эскизы с учётом всех особенностей строения. (Приложение 2)
Заглянув в Интернет, мы нашли фотографии домов на воде (Приложение 2)
ІІІ. Заключение
Мы нашли ответ на свой вопрос “Почему корабли не тонут?”. Первая гипотеза наша не подтвердилась, вторая и третья подтвердились, но мы узнали много нового про кораблестроение, про свойства воды, про закон Архимеда.
Конечно, есть еще много того, что мы не понимаем, например, физические понятия, законы, формулы, но думаем, в старших классах мы сможем разобраться в этих вопросах подробнее.
А сейчасмы сможем рассказать своим друзьям и одноклассникам о своих открытиях.
За счет чего не тонет корабль на воде
ПОЧЕМУ НЕ ТОНУТ КОРАБЛИ?
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
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:
Узнать, что такое «корабль», познакомиться с историей кораблей;
Рассмотреть виды первых кораблей, современных кораблей;
Узнать какую конструкцию имеет корабль, принцип работы корабля;
Понять, почему корабль не тонет;
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?
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]
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.
Рис.1 Римская галера
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]
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]
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).
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).
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.
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:
Я познаю мир: Корабли- М.: ООО «Издательство Астрель», 2002г.
История корабля / С. В. Сахарнов, издательство «Малыш», 1990г.
Ушаков С. З. Плавание тел, детская энциклопедия, том 3 «Числа и фигуры, вещество и энергия». – Москва: «Издательство Академии Педагогических Наук РСФСР», 1961.