Почему корабль не тонет? простое объяснение непростого вопроса

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.

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.

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.

Инженерные решения-остойчивость корабля

На плавучесть корабля, его способность сопротивляться силам ветра и волн действует принцип рычага. Если тазик, который спокойно плавает в ванне, запустить в речку – он вскоре наберет воды и утонет, потому что его будет наклонять ветер и захлестывать волны.

малая остойчивость

С кораблем тоже может случиться нечто подобное, если у него малая остойчивость. В истории бывали случаи, когда сотни пассажиров, собравшиеся у одного борта – вызывали крен судна и его затопление. Много кораблей гибло во время штормов из-за того, что их переворачивал ветер и волны.

Остойчивость судна

Остойчивость судна – это его способность сохранять устойчивое положение в воде. Зависит она от места, где находится центр тяжести судна. Чем он ближе к поверхности – тем проще перевернуть корабль и тем меньше остойчивость.

Именно поэтому у современных кораблей самые тяжелые агрегаты – ходовые двигатели, генераторы, танки с запасами воды и топлива находятся в нижней части. Там же располагаются грузовые трюмы. Моряки знают, что на  полностью загруженном судне – качка ощущается намного меньше, чем на пустом.

Для смещения центра тяжести как можно ниже, конструкторы специально утяжеляют киль с помощью свинцовых накладок. В спортивных судах утяжеленный киль вообще крепится под судном отдельно на балках и называется выносным.

На остойчивость сильно влияет и форма борта – наименьшей обладают суда с полукруглым дном, наибольшей – спортивные тримараны, имеющие два выносных корпуса-опоры по бокам. Действительно, наличие дополнительных опор в верхней части борта помогает сохранять остойчивость, мешая судну накреняться. Это знали еще в древности и прикрепляли вдоль верхней части борта лодки связки сухого камыша. А современные туристы с этой целью используют надувные баллоны, привязывая их по бортам байдарок.

Тонет, не тонет. Экспериментируем с водой — Конспект опытно-эксперементальной деятельности в первой младшей группе по теме «Тонет, не тонет»

Публикация «Конспект опытно-эксперементальной деятельности в первой младшей…»
Приоритетная образовательная область: познавательное развитие Интеграция образовательных областей: познавательное развитие, физическое развитие, речевое развитие Цель: формирование элементарной познавательно-исследовательской деятельности и экспериментирования. Задачи:…

Библиотека изображений «МААМ-картинки»

Конспект занятия «Что тонет, что плавает. Вода»
Цель: Познакомить детей со свойствами воду; прозрачная, журчит, льется. Задачи: Образовательные: — закреплять знания воспитанников экспериментируя с предметами , провести детей к пониманию того, что одни предметы тонут в воде, а другие плавают; — предметы бывают мокрыми и…

Конспект игры-опыта «Тонет — не тонет»
Познавательно – исследовательская деятельность Конспект составила воспитатель: Чуверина Л.А. Конспект игры – опыта по теме: «ТОНЕТ – НЕ ТОНЕТ». Возрастная категория: вторая группа раннего возраста. Цель: формирование первичных представлений об объектах окружающего мира. Задачи:…

Игровой опыт с водой «Тонет — не тонет» в средней группе
Игровой опыт с водой «Тонет – не тонет» в средней группе Цель: приобщать к навыкам экспериментирования; высказывать предположения, делать выводы, подвести к выводу: тяжелые предметы тонут, а легкие плавают. Знакомить детей со свойствами разных материалов (какие предметы тонут,…

Тонет, не тонет. Экспериментируем с водой — Игра-эксперимент «Тонет — не тонет»

Статья «Игра-эксперимент «Тонет — не…»
Цель: развивать позновательно- исследовательскую деятельность детей. Стимулировать интерес к играм с использованием воды. Активизировать словарь детей, закреплять умение детей отвечать на вопросы и делать выводы. Ход беседы: Воспитатель : ребята, кукла Даша пришла к нам в гости…

Виртуальная экскурсия в подготовительной группе «Почему не тонут корабли»
Виртуальная экскурсия «Почему не тонут корабли» Цель: узнать, почему корабли держатся на воде. Задачи: проанализировать информацию о причинах плавания кораблей; выяснить, почему одни тела тонут, а другие — нет; выявить, какая сила удерживает корабль на плаву; провести опыты,…

Консультация для родителей «Спасение тонущих и оказание первой помощи»
Наше государство расходует большие средства на строительство водных бассейнов, спортивных баз и различного рода сооружений для культурного отдыха и проведения занятий на воде. Для предотвращения несчастных случаев организована четко действующая спасательная служба. Общество…

Конспект игры-занятия на прогулке с малышами «Тонут-плавают»
Цель: уточнить знания детей о свойствах воды:льется,имеет разную температуру,одни предметы тонут,другие плавают в воде. Ход: Вос-ль: Ребята,обратите на погоду,как стало тепло,лето красное жаркое пришло «Лето,лето к нам пришло! Стало сухо и тепло» А теперь ребята я приглашаю…

Страницы:
…

Правила морехода

В настоящее время довольно распространенно использование компьютерных программ при погрузке продукции на судно. Программа берет на себя расчеты размещения груза. Основное правило, которому следует компьютер, — это сохранение плавучих качеств корабля. То есть погрузка должна осуществляться равномерно, чтобы не перегрузить один из бортов, что сместит центр тяжести и потопит судно.

На корабле есть ответственный за погрузку человек. Чаще всего это старший помощник капитана. Распределение веса на судне должно идти таким образом, чтобы наиболее тяжелые грузы размещались в трюме, а более легкие — на палубе корабля. Еще одним из важнейших правил является закрытие отсеков во время пробития борта корабля. При нормальном состоянии каждый из отсеков открыт, однако в случае пробоя, отделение герметизируется закрытием двери. Проектирование корабля осуществляется таким образом, чтобы не создавать слишком большие отсеки, а разбивать все пространство на несколько мелких.