0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Благодаря чему суда держатся на воде

Почему корабль тяжелый, но не тонет

В древности, корабли как мы знаем делали из дерева, да и не в такой уж хотя и древности. Строить тяжелые металлические корабли стали всего пару столетий назад. В эпоху деревянного флота, ответить на вопрос почему корабль не тонет, не составляло особого труда. Каждый ребенок знает, что дерево обладает определенным запасом плавучести. Есть даже способ перемещения срубленной древесины, когда лесозаготовщики, отправляют бревна по реке вплавь, что называется своим ходом, чтобы ниже по течению, на следующем этапе заготовки их выловили из воды. Такой способ куда менее затратен, чем если бы деревья перевозились по суше.

Все дело в том, что плотность дерева, имеющего довольно пористую структуру, достаточно мала, вот оно и выталкивается водой, держась на плаву. Но попробуйте таким образом, сплавьте по реке, например, металлическую рельсу.

Не нужно идти к ближайшему водоему и ставить опыты. И без них известно, что тяжелый металл на плаву не держится и рельса сразу же утонет. Но ведь современные корабли сделаны из металла, но при этом они превосходно плавают. Как?

Статья в тему:  Какой суд занимается банкротством

Никакого волшебства здесь нет. Все дело исключительно в физике. На самом деле, причина здесь не одна. В первую очередь — это конечно же закон Архимеда, по которому, на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме этого тела. Если простыми словами, то любой объект вода будет стараться вытолкнуть. При этом, чем больше будет объем у объекта, тем сильнее будет выталкивающая сила.

Но, сила выталкивающая корабль и не позволяющая ему утонуть, действует ровно до тех пор, пока вес воды, что вытеснил корабль погрузившись в воду, превышает вес самого корабля. Возьмите металлический тазик и поставьте его в ванну. Он будет прекрасно плавать, потому что он легкий и с большой площадью, на которую прекрасно действует выталкивающая сила. Но начните заполнять тазик грузом, и как только его вес превысит определенную отметку, он пойдет ко дну.

Следовательно, корабль надо облегчить. Для этого, в корпусе судна имеется множество полостей, наполненных воздухом. И пока этот корпус цел, судно будет держаться на плаву. Если вдруг его целостность будет нарушена, корабль начнет набирать воду, а значит. правильно, будет весить больше и, если воды будет слишком много, может и затонуть. По этой причине и грузы помещают на корабль с расчетом на то, чтобы их общий вес не превысил указанные для конкретного судна значения.

Но если соблюдены все правила относительно веса и объема, корабли можно строить хоть из металла, хоть из бетона. Кстати, бетонные корабли история тоже знает. И они вполне не плохо плавали.

Почему не тонут корабли?

Когда мы прыгаем в бассейн, мы опускаемся на дно, как камень, брошенный в воду. Но гигантские корабли — балкеры и авианосцы — плавают на поверхности воды. Как это возможно? Почему не тонут корабли?

Статья в тему:  Почему могут не развести в суде

Большие корабли — такие, как «Петр Великий» (самый большой корабль России) — плывут, а не тонут. С другой стороны, все легкие вещи, такие как шарикоподшипники, мгновенно опускаются на дно. Не размер определяет, плавает ли что-то на воде или тонет. Так в чем же ключ?

Архимед — первый моряк

Все тела на Земле — как над водой, так и под водой — обладают удельным весом. Более 2200 лет назад Архимед заметил, что существует взаимосвязь между весом тела, погруженного в воду, и объемом вытесненной воды. Это так называемый Закон Архимеда заставляет современные корабли плыть по морям и океанам. Но тогда Архимед не думал о кораблях.

Его задачей было оценить, была ли корона Гиерона II, короля Сиракуз, сделана из чистого золота или в ней была примесь серебра. Архимед пришел к выводу, что если бы корона была сделана из чистого золота, она бы занимала меньше места, чем корона с примесью серебра того же веса — это потому, что серебро не такое плотное как золото. Сравнив объем короны, измеренный количеством вытесненной воды, с объемом золота и серебра того же веса, он смог ответить на вопрос короля. Выяснилось, что корона Гиерона II сделана не из чистого золота.

После этого события Архимед начал эксперименты, на основе которых сформулировал закон плавучести. Оказалось, что любые погруженные в воду объекты, в том числе корабли, могут плавать, если вес вытесняемой ими воды равен их собственному весу.

Почему плывут корабли?

Корабли плывут, потому что они полые и имеют правильно распределенный вес. Кусок стали, помещенный на воду, мгновенно утонет, в то время как сталь в форме чаши будет плавать на ней. Это потому, что вес стали сосредоточен на небольшом пространстве, а в форме чаши равномерно распределен.

Статья в тему:  Как написать характеристику в суд образец

Именно это делает все корабли похожими по форме. Глубина осадки корабля зависит от формы корпуса и его веса. При заданной загрузке корабля он вытесняет столько воды, сколько объем погруженной части. Глубина погружения каждого корабля определяется при его проектировании — инженеры, располагающие компьютерными моделями корпуса, могут определить, как изменится объём подводной части при дополнительной нагрузке или пассажирской нагрузке.

На чем основано плавание судов по воде. Действие силы Архимеда

Содержание:

Легко смириться с фактом, что небольшая деревянная лодка выдерживает вес пары взрослых мужчин с рыбацким снаряжением. Понять, как не тонут многотонные металлические боевые корабли и танкеры с контейнерами, человеческому мозгу сложно. Это до момента, пока у ребёнка нет знаний физических законов, объясняющих на чем основано плавание судов. Разберёмся, за счёт каких сил и явлений тяжёлые на первый взгляд предметы не тонут в жидкости, а масло всегда держится на поверхности воды.

Закон Архимеда

Уже тогда была известна формула вычисления объёма тел при известных массе и плотности. С весами проблемы не было, а определить объём сложного украшения крайне сложно, не переплавив его в слиток.

Архимед долго размышлял над задачами, пока не погрузился в ванную, откуда выплеснулась вода. Он понял, что собственное тело вытесняет столько жидкости, сколько само занимает в пространстве. Учёный выскочил из дома и без одежды с криком «Эврика» побежал к правителю поделиться соображениями. Он понял, что, погрузив в воду кусок золота, равный короне весом, можно определить факт обмана.

Инженер сделал открытие, носящее название закон Архимеда: погруженное в жидкость либо газ, тело выталкивается с силой, равной массе вытесненного телом жидкого или газообразного вещества. Эта выталкивающая сила называется гидростатической либо архимедовой. Действует она только в условиях гравитации, в невесомости – нет.

Статья в тему:  Какое право регулирует трудовые отношения на водных и воздушных судах

Если помещённое в жидкость тело плавает, значит значение выталкивающей силы по модулю больше гравитации.

Плавучесть судна

Плавание судов и воздухоплавание объясняются законом Архимеда. В покое давление в жидкости объясняется ударами перемещающихся молекул одна о другую. При погружении предмет вытесняет часть жидкости. Молекулы будут ударяться о предмет. Если боковые силы уравновешиваются, то оказываемое снизу давление выталкивает тело наверх. И с ростом глубины сила Архимеда растёт – чем глубже предмет, тем сильнее выталкивающая его сила.

Почему стальные судна, в разы плотнее воды, не тонут в ней? Количество вытесняемой ими жидкости равняется объёму находящегося в жидкости металла (корпуса) и воздуха, который содержится в нём. Сталь плотнее воды всего в 7,8 раз, а воздух – реже неё приблизительно в 770 раз. Фактическая плотность погруженного в воду корабля в разы меньше, чем воды, поэтому жидкость выталкивает его наверх.

То же касается полётов на воздушном шаре: в нём используется более лёгкий или менее плотный за воздух гелий: 1,29 кг/м 3 против 0,179 кг/м 3 .

Что такое масса воды, вытесняемая плавающим судном

Водоизмещение – масса воды, вытесняемой погруженной частью плавающего судна. Она весит столько, сколько корабль, независимо от габаритов. Водоизмещение оказывает влияние на загруженность судна, на дальности плавания судна не сказывается.

Школьная Энциклопедия

Nav view search

Navigation

Search

Мы знаем, что плавать на поверхности воды может любое тело, плотность которого ниже плотности воды. Но почему же в таком случае держится на воде деревянный брусок? Ведь плотность целлюлозы выше плотности воды. Почему не тонет корабль, сделанный из металла?

Всё дело в том, что брусок из дерева – неоднородное тело. Он держится на воде, потому что в нём есть воздух. Но через некоторое время он намокнет и начнёт тонуть. Это произойдёт, потому что давление воды вытеснит воздух, и вместо него внутри будет вода.

Статья в тему:  Где посмотреть решения судов общей юрисдикции

Средняя плотность тела и воздух

Тело плавает, когда его вес и выталкивающая его из воды сила, называемая силой Архимеда, уравновешены. Сила Архимеда зависит от плотности и объёма тела. В нашем случае брусок – неоднородное тело. Сначала оно состоит из целлюлозы и воздуха, который находится внутри него. Впоследствии – из целлюлозы и воды. Его объём остался неизменным. А плотность изменилась.

Средняя плотность физического тела – это отношение массы тела к его объёму.

Плотность тела вычисляется по формуле:

где m – масса тела,

V – объём тела.

Чтобы вычислить среднюю плотность тела, нужно сложить массы всех его составляющих и разделить на объём.

Очевидно, что пока брусок не пропитался водой, его средняя плотность была ниже плотности воды. Соответственно, выталкивающая сила была больше его веса. И он плавал. Но как только вода заменила воздух, плотность возросла, и выталкивающая сила стала меньше веса бруска. Он начал тонуть.

Подобное можно увидеть, наблюдая за поваленными деревьями, упавшими в воду. Сначала они остаются на плаву. Но со временем намокают и тонут. Так же будет вести себя и деревянный плот, если вода проникнет внутрь брёвен.

Пустая стеклянная банка, закрытая крышкой, плавает на поверхности воды, так как её средняя плотность значительно ниже плотности воды, и она выталкивается на поверхность силой, равной весу самой банки с воздухом. Но стоит только открыть крышку, как вода начнёт заполнять банку, и она будет опускаться всё ниже и в конце концов утонет. Подобрав определённое количество воды, можно сделать так, что средняя плотность банки будет равна средней плотности воды. В этом случае она будет плавать на любой глубине.

Статья в тему:  32. сколько судей входят в состав конституционного суда рф

Рыба плавает, потому что средняя плотность её тела вместе с воздухом примерно такая же, как и плотность воды. Изменяя с помощью мышц объём своего пузыря, она изменяет среднюю плотность, и таким образом всплывает или погружается.

Человек удержится на плаву, если в его лёгких будет достаточное количество воздуха, которое попадает туда при вдохе. При полном вдохе средняя плотность тела меньше плотности воды. А при выдохе – больше. Поэтому, научившись правильно дышать в воде, можно научиться плавать. Нужно сказать, что в морской воде плавать легче, чем в речной, так как плотность воды в море выше, чем в реке.

Почему корабли держатся на воде

Точно так же плавает и корабль. Ведь это не цельный кусок металла. В нём множество пространств, заполненных воздухом. Вес корабля распределяется по большому объёму, в результате чего средняя плотность получается совсем небольшой. Выталкивающая сила, действующая на корабль, значительно превышает его вес вместе с оборудованием, грузом, и экипажем. И корабль не тонет.

По такому же принципу устроены и подводные лодки. Правда, в отличие от надводного корабля, они способны находиться на глубине, погружаться и всплывать, меняя свой удельный вес за счёт изменения объёма воды в балластных цистернах. А объём этой воды меняется за счёт запаса сжатого воздуха, всегда находящегося на борту подводной лодки.

Источники:

http://zen.yandex.ru/media/id/5adb6378a815f1636e592146/pochemu-korabl-tiajelyi-no-ne-tonet-5d135be545b00700af476323

http://new-science.ru/pochemu-ne-tonut-korabli/

http://bingoschool.ru/manual/na-chem-osnovano-plavanie-sudov-po-vode.-dejstvie-silyi-arximeda/

http://ency.info/materiya-i-dvigenie/chelovek-i-okean/335-vozdukh-pomoshchnik-plyvushchikh

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector