Плавучесть — довольно достойное явление, заставляющее нас задуматься о механизмах сохранения плавучести кораблей и других судов. Но что именно позволяет кораблю не тонуть, несмотря на огромный вес и объем? В этой статье мы рассмотрим наиболее удивительные и удивительные физические принципы, лежащие в основе плавучести.
Плавучесть — это свойство тела не погружаться под воду или находиться на поверхности жидкости без добавления энергии.
Как показывает опыт, главным фактором плавучести является плотность вещества. Корабль, как и любой другой объект, погружается в воду до тех пор, пока его средняя плотность не станет равной плотности жидкости, в которую он погружен. Из этого следует, что можно сделать корабль не погружаемым, уменьшив его плотность до плотности воды. В этом случае корабль будет легче необходимой массы воды, и он останется на поверхности.
Однако уменьшение плотности вещества может быть достигнуто различными способами, что является главным объектом исследования физических принципов плавучести.
Почему корабли и круизные лайнеры не тонут и не переворачиваются?
Физические принципы плавучести корабля
Физические законы, лежащие в основе плавучести корабля, определяются свойствами жидкости и твердого тела. В частности, принцип Архимеда гласит, что тело, погруженное в жидкость, испытывает силу подъема, равную весу вытесненной жидкости. Это означает, что корабль не тонет благодаря тому, что вес корабля меньше веса жидкости, которой он вытесняет.
Кроме того, форма корабля также играет важную роль в его плавучести. Корабль должен иметь определенную форму, чтобы снизить силу сопротивления воды и увеличить подъемную силу. Идеальная форма корабля — это форма «корабельного тела», напоминающего перевернутую лодку.
Важно учитывать также распределение массы на корабле. Чтобы корабль был стабильным и не качался, центр тяжести его должен находиться как можно ниже и быть расположенным ближе к корме. Также на корабле должно быть достаточно пустого места для вытесняемой жидкости.
Все эти физические принципы плавучести корабля могут быть точно рассчитаны и учтены при проектировании кораблей различного типа и назначения.
Определение плавучести
Плавучесть — свойство тела сохранять равновесие в воде, препятствуя его погружению или выталкиванию на поверхность. Это связано с разностью плотностей тела и жидкости.
Если плотность тела не превышает плотность жидкости, то тело плавает на ее поверхности. При этом верхняя часть тела находится над водой, а нижняя часть находится под водой.
Определение плавучести связано с архимедовой силой, которая действует на тело, погруженное в жидкость. Эта сила равна весу жидкости, которую вытесняет тело в момент погружения.
Таким образом, плаваемость корабля определяется не только его формой, но и количеством воды, которую он вытесняет при погружении. Чем больше вытесненной воды, тем сильнее архимедова сила и тем выше плавучесть.
Принцип Архимеда
Один из главных физических принципов, обеспечивающих плавучесть корабля, — принцип Архимеда. Он заключается в том, что тело, погруженное в жидкость или газ, будет испытывать силу, равную весу вытесненной им жидкости или газа. Эта сила направлена вверх — такой же, как гравитационная сила, направленная вниз, и от нее зависит способность тела держаться на поверхности жидкости.
Почему корабли не тонут?
Когда корабль плавает на воде, он вытесняет из нее какое-то количество жидкости — именно это количество и равно весу корабля. Сила Архимеда, действующая на корабль со стороны жидкости, создает воздушную камеру под ним и поддерживает его на поверхности.
Важно отметить, что сила Архимеда зависит от плотности жидкости. Корабль может плавать не только на воде, но и на других жидкостях — например, на нефти. Зато в воздухе он быстро опустится, так как плотность воздуха низкая.
Принцип Архимеда помогает понять, почему большие корабли плавают, несмотря на свое огромное вес — они просто вытесняют очень большое количество воды. Плюс к этому, они имеют форму, способствующую возникновению под корпусом воздушной камеры, идеальной для плавания на поверхности воды.
И так как сила Архимеда равна весу вытесненной жидкости, необходимой для плавания корабля, то снижение плотности материалов корабля может уменьшить его вес, а соответственно, увеличить его способность к плаванию.
Источник: usemake.ru
Почему корабли не тонут?
Как корабли держатся на воде, и почему многотонные железные суда не идут ко дну под собственным весом? Корабли держатся на воде благодаря закону Архимеда. Он заключается в том, что когда тело оказывается в жидкости, его выталкивает на поверхность сила, которая равна весу жидкости в объеме этого тела. И чем объемнее корабль, тем меньше вероятность, что он утонет. Давайте разберем закон Архимеда на простом примере.
У нас есть маленький шар, полностью сделанный из железа или стали. Конечно же, он пойдет ко дну. Несмотря на то, что он небольшой, он все равно весит много, а объемных полостей внутри него совсем нет.
Теперь давайте сделаем из этого тяжелого металлического шара плоский лист, а после этого превратим лист в большой шар, внутри которого будет пусто. Вес такого шара останется прежним, так как мы используем прежнее количество материала, а вот объем будет большим. Такой шар не потонет.
Аналогичный эффект мы наблюдаем в кораблестроении. Несмотря на то, что суда делают из железа и стали, внутри них есть большой объем. И благодаря этому объему металлические стенки корабля можно делать толстыми и прочными, сам корабль – очень большим, а на борт взять многотонный груз. При этом судно по-прежнему будет держаться на воде.
Этот эффект достигается благодаря тому, что внутри большегруз или лайнер заполнен только воздухом. А воздух намного легче воды, если точнее – в 825 раз. За счет этого корабли не идут ко дну. Именно поэтому судам стоит опасаться пробоин. В этом случае место невесомого воздуха заполнит тяжелая вода, корабль не сможет держаться на плаву и потонет.
Закон Архимеда также распространяется на подводные лодки. Чтобы подлодка не выталкивалась на поверхность во время погружения под воду, в полые цистерны на борту поступает вода. Так лодка идет ко дну. Чтобы вновь подняться вверх воду из балластных цистерн выталкивают сжатым воздухом. Воздух под большим давлением вытесняет воду.
Объем внутри лодки вновь наполнен легким воздухом, и судно может всплыть.
Еще, чтобы корабль не тонул, важно соблюдать остойчивость. Насколько устойчиво корабль держится на воде – связано с его центром тяжести. Если он будет ближе к верхней части, то судно будет легко накренить и перевернуть. И наоборот: если он в нижней части, то корабль наиболее остойчив.
Чтобы повысить остойчивость, сегодня инженеры современных кораблей располагают наиболее тяжелые элементы внизу. Среди таких утяжелителей – грузовые отсеки, цистерны с водой и горючим, моторы и генераторы. И судно, которое забито грузом снизу до верха, качается намного меньше, чем пустой корабль.
К расположению груза сейчас относятся со всей ответственностью и просчитывают, что и где должно лежать, с помощью электронных программ. Когда проходит погрузка, то обычно на палубы помещают не тяжелые объекты, а самые увесистые оставляют для трюмов. Все грузы хорошо фиксируют, чтобы те не меняли положение при качке. Иначе центр тяжести сместится, и судно станет менее остойчивым.
Дабы не ошибиться с загруженностью судна, на его корпусе изображают ватерлинию – толстую полосу по всему периметру борта. Если при загрузке эта отметка уйдет под воду, то велика вероятность, что при крене или шторме вода, захлестнувшая за корму, потопит корабль.
Легкое судно тоже не остойчиво. Ведь та часть, которая над водой, будет больше той, что под водой. А это не позволит силам вытолкнуть корабль, как этого требует закон Архимеда.
Корабли не тонут благодаря плавучести, которая определяется объемом судна, и остойчивости, основанной на распределении тяжестей по всему судну.
Скопировать ссылку и отправить другу!
Источник: besarte.ru
Почему корабль не тонет?
Чем больше объем тела, тем сильнее вода выталкивает его. Если вес тела меньше, чем сила, с которой вода выталкивает его, то тело плавает.
Железный или стальной шарик тонет в воде, потому что у него маленький объем, а вес большой. Если тот же шарик расплющить в тонкий лист, а из листа сделать большой внутри пустой шар, то вес не увеличится, а объем сильно увеличится, и железный шар будет плавать. Так и с кораблями: хотя они и сделаны из железа и стали, но объем их довольно большой, поэтому они не тонут, а плавают. Но если корабль получит пробоину, он наполнится водой и потонет.
Закон, по которому вода выталкивает из себя тела, открыл великий ученый древних веков Архимед.
Источник: journal-shkolniku.ru