Сообщение на тему плавание сосудов

Каждый школьник знает, что если бросить камень в воду, то он утонет. С другой стороны, корабль, который сделан из тяжелого металла, плавает на поверхности воды. Почему одни тела тонут, а другие плавают? На этот вопрос ответит статья, в которой подробно рассматривается плавание судов.

Жидкость и давление в ней

В физике 7 класса плавание судов рассматривают после того, как изучены особенности строения и свойства жидкостей. Последняя представляет собой промежуточное между газами и твердыми телами агрегатное состояние вещества. Жидкость способна сохранять объем, как твердое тело, и она является текучей субстанцией, как газ.

Молекулы жидкости хаотично перемещаются по всему объему. Наличие у них кинетической энергии, сравнимой с потенциальной, обуславливает существование давления на каждый элементарный объем внутри жидкости. Поскольку перемещения молекул являются равновероятными, то общее давление на рассматриваемый элементарный объем оказывается равным нулю (все компоненты давления компенсируют друг друга).

Тем не менее многие знают, что погружение под воду создает болевые ощущения в области ушных перепонок. Это давление не имеет никакого отношения к рассмотренному выше молекулярному давлению. Оно связано исключительно с силой тяготения нашей планеты.

Любое тело, имеющее массу, давит на поверхность, на которой оно стоит, или растягивает подвес. Речь идет о весе тела. В жидкости этот вес проявляется в виде давления верхних слоев на нижние. Оно получило название гидростатического. Математическое выражение для расчета этого давления имеет следующий вид:

P = ρl*g*h

То есть гидростатическое давление линейно зависит от глубины погружения h и от плотности жидкости ρl. Именно это давление является причиной плавания судов.

Древнегреческий философ и его закон

Согласно одной из легенд, король некоторого древнегреческого полиса поручил Архимеду определить, изготовлена его корона из чистого золота, или же мастер его обманул и вместо золота добавил серебро в сплав. Архимед успешно справился с этим поручением, погрузив корону в сосуд с жидкостью и доказав тем самым поддельность изделия. Физический закон, который философ использовал, получил в настоящее время его имя.

Закон Архимеда гласит, что любое погруженное в текучую субстанцию тело испытывает выталкивающую его силу, модуль которой равен весу вытесненной субстанции, а вектор направлен вверх. Соответствующая сила получила название архимедовой.

Причиной появления архимедовой силы является разница между гидростатическим давлением, действующим на нижнюю поверхность твердого тела, которое погружено в текучую субстанцию, и давлением, действующим на верхнюю поверхность тела. Разница величин этих параметров обусловлена разной глубиной, на которой находятся верхняя и нижняя части тела (см. формулу в предыдущем пункте).

Сила Архимеда FA определяется по формуле:

FA = ρl*g*Vl

Где Vl – объем жидкости, вытесненной погруженным в нее телом. Эту формулу можно получить самостоятельно, если воспользоваться выражением для гидростатического давления и вспомнить, что сила является произведением давления на площадь воздействия.

Почему суда плавают?

Ответить на этот вопрос можно, если рассмотреть физические силы, действующие на погруженный в жидкость твердый предмет. Нетрудно догадаться, что этих сил будет всего лишь две:

• направленная вверх сила Архимеда;
• действующая вниз сила тяжести тела.

Соотношение этих сил даст ответ на вопрос данного пункта. С точки зрения физики, плавание судов обусловлено наличием выталкивающей архимедовой силы, которая превышает отмеченную силу тяжести по модулю.

Формула для условия плавания

Разберемся, соотношение каких физических величин определяет условие плавания судов. Выше мы установили, что тело не будет тонуть, если сила Архимеда FA по модулю больше, чем сила тяжести Ft. Тогда имеем неравенство:

FA>Ft

Подставляем сюда формулы для FA и Ft, получаем:

ρl*g*Vl > ms*g =>

ms < ρl*Vl

Критической ситуацией является такая, при которой тело полностью погружается в жидкость. При этом вытесненный им объем Vl будет точно равен объему самого тела Vs. Последнее позволяет переписать полученное неравенство в следующем виде:

ρs*Vs < ρl*Vl =>

ρs < ρl

Это и есть основное условие плавания судов. То есть если средняя плотность судна не превышает плотности текучей субстанции, в которой оно находится, то это судно никогда не утонет.

Отметим, что в случае равенства плотностей положение тела в жидкости будет неустойчивым. Любого незначительного внешнего воздействия будет достаточно, чтобы потопить тело или поднять его на поверхность.

Особенности использования закона Архимеда для плавания в жидкостях и газах

В воде плавание судов и воздухоплавание подчиняются одному и тому же закону Архимеда.

В случае плавания кораблей следует сказать, что их корпус изготовлен из металлического материала. Однако вытесняемый ими вес воды (водоизмещение) превышает их собственный вес, поэтому они держатся на плаву (средняя плотность корабля с его каютами и трюмом намного меньше плотности воды).

Идея плавания подводных лодок заключается в изменении их средней плотности. Для этого подводная лодка использует специальные балластные емкости, в которые вода из моря может либо нагнетаться, либо из них откачиваться. В первом случае лодка будет погружаться, во втором – всплывать. По сути, эта идея заимствована у природы в результате наблюдений за тем, как рыбы используют свой плавательный пузырь.

Говоря о плавании судов и воздухоплавании, скажем пару слов о последнем. Ярким примером воздушного судна является воздушный шар, или аэростат. Его объем заполнен воздухом. Если этот воздух подогреть, то он начнет расширяться, что приведет к уменьшению плотности шара. Последний факт является следствием того, что архимедова сила становится больше веса шара, и он взлетает.

Ниже приведено познавательное видео на рассматриваемую тему.

Задача на вычисление грузоподъемности корабля

Известно, что максимальное водоизмещение корабля равно 1000 тонн. Масса корабля составляет 300 тонн. С каким максимальным грузом он может плыть?

Запишем условие плавания корабля через действующие силы. В данном случае их будет три:

• вес корабля P1;
• вес груза P2;
• выталкивающая сила FA.

Имеем:

P1 + P2 < FA

Откуда получаем вес груза P2:

P2 < FA – P1

Это неравенство можно переписать для соответствующих масс:

m2 < mA – m1

Здесь m1 – масса корабля, mA – масса вытесненной жидкости, которая совпадает с водоизмещением.

Подставляем данные из условия задачи в неравенство и получаем, что масса груза не должна превышать 700 тонн.

• Доклады
• Физика
• Плавание судов

В различных водоемах постоянно присутствуют большие и маленькие плавучие средства. Какие-то суда перевозят пассажиров, другие транспортируют грузы. Кажется невероятным, что гигантским многотонным кораблям удается не утонуть.

Любой металл, помещенный на поверхность воды, немедленно опустится на дно. А ведь нынешние суда изготовлены из металла. Феномен удержания тяжелого металлического корпуса над водой, объясняется известными физическими законами.

Всякое тело, попавшее в воду, испытает на себе влияние выталкивающей силы. Телу не удастся утонуть, пока его выталкивает сила, превышающая вес этого тела. Это и есть объяснение того, почему судно удерживается на поверхности.

Сила вытесняемой воды зависит от объема плавающего средства. Если опустить в воду металлический шар, то он немедленно утонет. Но пустая шарообразная форма, сделанная из этого же металла, но раскатанного в тонкий лист, останется на поверхности, немного погрузившись.

Любое судно, покрытое металлом, устроено так, чтобы при погружении вытеснить основанием больше воды. Таким образом, плавсредство обеспечивает себе достаточную выталкивающую силу, равную совокупному весу корабля и груза. Внутреннее устройство лайнера подразумевает обязательное наличие множества пустых отсеков. Только так можно добиться уменьшения средней плотности судна.

Плавучий лайнер находится над поверхностью воды до тех пор, пока имеет идеальную обшивку. При любой пробоине судну грозит опасность. Заполняющая внутренние полости вода способна его затопить.

Для поддержания плавучести внутри кораблей устраивают перегородки. При небольшой пробоине водой заполнится лишь один отсек, что не повлияет на общую жизнеспособность. В случае аварии затопленный отсек можно осушить с помощью насоса, а пробоину залатать.

Всякое судно погружено в воду на определенную глубину – осадку. Морские суда снабжены изображением особой грузовой линии, разграничивающей воду и корпус корабля. Нельзя допускать погружения ниже этой линии, указывающей максимальную осадку.

Функционирование подводных лодок основано на существовании специальных отсеков. Чтобы герметичная конструкция смогла погрузиться, они заполняются водой. Для подъема из глубины отсеки освобождают, выдавливая воду сжатым воздухом. Снижение плотности лодки выталкивает ее к поверхности.

Вариант 2

Человечество создало множество удивительных технологий и машин за всё время своего существования и продолжает открывать и создавать всё новое и новое. Те или иные машины позволяли упрощать жизнедеятельность человека, какую либо рабочую деятельность, или же физическую. Так или иначе, многие умы человечества бились над тем как же упростить человеческую жизнь и исследование новых территорий. Таким образом, и было создано кораблестроение и суда.

Долгое время люди не могли преодолеть большие расстояние через моря и океаны, поэтому приходилось искать обходные суда, однако позже было придумано кораблестроение и сами суда, на которых наши предки смогли пересекать водные границы, и путешествовать туда, куда они хотят. Изобретение кораблестроения было весьма важным открытием, которое позволило человечеству открыть ранее закрытые территории.

Со временем деревянные суда прогрессировали в более технологичные свои версии, и эта прогрессия продолжалась до наших дней, и позволило нам увидеть суда и корабли такими, какими мы их знаем сегодня.

Различные суда, будь они из дерева или металла, помогает плавать то, что плотность материала, из которого они состоят, меньше плотности воды, потому они и могут так просто не тонуть в морской пучине.

Суда бывают разного назначения. Есть суда, которые перевозят различные грузы, есть суда, которые перевозят людей, такие суда называются пассажирскими, есть и такие, которые предназначены для ведения боевых действий. Так или иначе, существует множество различных видов кораблей и судов, которые создал человек для восполнения своих нужд и потребностей.

Первые корабли были построены из дерева и имели простейшую двигательную силу – людскую силу. На данный момент уже построены корабли способны двигаться с помощью механический двигателей и лопастей, которые разгоняют его до невиданных ранее скоростей. За последние 100 лет человеческая мысль и развитие совершили огромный скачок в создании средств передвижения и различных машин, что позволило более эффективно расправляться с различными расстояниями.

Картинка к сообщению Плавание судов

Популярные сегодня темы

• Есенин – жизнь и творчество

  Сергей Есенин появился на свет 3 октября в 1895 году в селе Константиново Рязанской губернии. Свое школьное обучение начал в земском училище, после – в церковно-приходской школе.

• Пожарная безопасность

  Пожарная безопасность – весьма серьезный момент обеспечения сохранности общественных предприятий. Отношение к данному вопросу должно быть высокой важности ответственности

• Профессия стоматолог

  Стоматолог – врач, занимающийся лечением, исправлением, корректировкой зубного ряда, а также восстановлением нормального прикуса человека и оздоровлением органов и мягких тканей внутренней по

• Профессия электрик

  Существует множество профессий, без которых невозможно жить в современном мире. Одной из них является профессия электрика.

• Луна

  Луна – единственный естественный спутник Земли, расположенный от неё на расстоянии в среднем 384 467 км. Земля поместилась бы в это расстояние 30 раз, а свет достигает Луны за 1.255 секунды

• Панда

  Большая панда – это большое животное, которое в длину достигает от полутора до двух метров и вес этого пушистого животного может быть от семнадцати до ста шестидесяти килограмм.

Первоначально для сооружения плавательных средств использовали дерево. Это были плоты из тростника или бревен. Для передвижения по воде необходимо было придумать и изготовить различные приспособления. Ими стали шесты и весла. Спустя некоторое время были созданы первые лодки. На них устанавливали парус. При помощи ветра он надувался, тем самым приводя в движение лодку или корабль. Со временем плавательные средства совершенствовались – увеличивались их размеры и оснащение.

Как развивались паруса

В Древнем Египте на корабли устанавливался квадратный парус, который приводил в движение судно. Он оставался единственным видом паруса, который применялся до начала эпохи Средневековья. С ее наступлением торговцы стали использовать паруса, применяемые китайцами на джонках и арабами на дау. К началу семнадцатого столетия на кораблях появилось несколько мачт и множество парусов.

Корпус

В течение пяти тысяч лет корпус судна изготавливали из древесины. Сначала корпус делали путем выдалбливания из целого ствола дерева. Позднее начали использовать деревянные доски. Первоначально их соединяли внахлест. Такие судна назывались клинкерами. Позже доски стали соединять встык. Так появились каравеллы. Во время развития промышленности дерево заменили сталь и железо. В настоящее время корпус кораблей создается из стеклоармированной пластмассы.

Приборы для навигации

До изобретения специальных приспособлений для навигации курс судна и его местонахождение определялись при помощи солнца и звезд. Вскоре появились секстант и астролябия, при помощи которых курс и положение корабля определялись измерением угла между звездами и судном. В настоящее время для таких целей применяют специальные приборы, компьютеры и спутниковые технологии.

Двигатель

В девятнадцатом столетии корабли стали передвигаться по воде при помощи силы пара, а не ветра, течений и приливов. Первоначально были созданы суда, оснащенные боковыми гребными колесами. С середины века их стали заменять суда, имеющие кормовой гребной винт. Сначала гребные колеса и винты приводились в движение при помощи парового двигателя. В настоящее время используется современный высокоскоростной водоструйный двигатель.

Признаки классификации водного транспорта

Для гражданских судов принята классификация в соответствии с их назначением. Выделяют следующие виды:

• транспортный;
• промысловый;
• служебно-вспомогательный;
• технический.

Транспортный тип кораблей, в свою очередь, также делится на несколько разновидностей:

• грузовые;
• пассажирские;
• грузопассажирские;
• специальные.

Этот вид судов является основной составляющей флота. Имеется большое количество плавательных средств, которые занимаются грузоперевозками:

1. Балкеры – перевозят навалочные грузы.
2. Лихтеровозы и контейнеровозы – занимаются доставкой плавучих контейнеров-барж.
3. Трейлерные и рефрижераторные суда.
4. Лесовозы.
5. Газовозы и танкеры – являются наливными типами грузового водного транспорта.

В том случае, когда на борт плавсредства можно взять больше двенадцати людей в качестве пассажиров, тогда оно относится к разряду пассажирских судов. Грузопассажирским судно считается тогда, когда для груза на нем предназначено больше сорока процентов площади.

Пассажирский тип кораблей делится на несколько классов. Один из них занимается обслуживанием регулярных линий. Другой предназначается для осуществления туристических круизов.

Специальным водным транспортом являются паромы, буксиры-толкачи и транспортные буксиры.