Вы здесь: Главная 
Познавательное Физика Почему корабли держатся на воде?
Почему корабли держатся на воде?
- Печать
Корабли, лодки, плоты и другие тела удерживаются на плаву из-за наличия у воды выталкивающих свойств. Как и все остальные жидкости, вода создает направленное вверх давление, которое может поддерживать помещенные в воду твердые предметы.
У кораблей в процесс обеспечения плавучести вовлечено несколько факторов, в том числе форма судна, его прочность и предусмотренные средства для противодействия волнам. В общем случае, корабль будет держаться на воде, если объем воды, который он вытесняет, весит больше, чем сам корабль. У такого корабля направленная вверх сила давления воды на корпус будет преодолевать направленную вниз силу тяжести, которая может считаться приложенной в одной точке, называющейся центром тяжести. Говорят, что корабли сохраняют устойчивость (на языке специалистов — остойчивость), если после накреняющих силовых воздействий таких факторов, как волны или ветер, они могут вернуться на ровный киль. Если корабль неправильно спроектирован или загружен, подобные внешние воздействия могут привести к потере остойчивости и корабль может пойти ко дну.
Почему корабли и круизные лайнеры не тонут и не переворачиваются?
Закон Архимеда
Подвешенный на пружинных весах кубик (рисунок под текстом) весит в воде меньше (правая часть рисунка), чем в воздухе (левая часть рисунка). При погружении кубик вытесняет объем воды, вес которого равен уменьшению реса кубика. Связь между объемом погруженного тела и силой, выталкивающей это тело вверх, была впервые описана греческим математиком Архимедом в третьем столетии до нашей эры.
Сила тяжести против выталкивающей силы
Слабо загруженный корабль имеет небольшую осадку, так как при большем погружении корпуса выталкивающая сила (синяя стрелка) начинает превышать силу тяжести (красная стрелка). Полностью загруженный корабль сидит в воде глубже, вытесняя больший объем воды, чем легкий корабль.
Поддержание равновесия
- Когда корабль держится на поверхности воды вертикально, его центр тяжести и выталкивающая сила находятся на одной линии. Корабль находится в равновесии.
- Когда корабль накреняется, выталкивающая сила смещается в сторону; в результате, выталкивающая сила давит вверх, сила тяжести тянет вниз и крен выправляется.
- Если центр тяжести накрененного корабля слишком сильно смещен вверх и расположен на слишком большом удалении от центра плавучести, корабль опрокинется.
Смещение центра тяжести
Почему корабли не тонут?
Три схематических разреза корабля на рисунке показывают, как загрузка влияет на остойчивость. Полный трюм корабля (ближний разрез) сводит центр тяжести и точку приложения выталкивающей силы (центр плавучести) близко друг к другу, делая корабль остойчивым. Накрененный волнами, такой корабль легко восстанавливает положение равновесия. В корабле с пустым трюмом (средний разрез), центры тяжести и плавучести отстоят друг от друга на большом расстоянии, поэтому корабль неустойчив. Вес заполненных водой балластных резервуаров (дальний разрез) восстанавливает остойчивость корабля.
Устройства для уменьшения качки
Два резервуара в корпусе (рисунок над текстом) помогают уменьшать бортовую качку. Вес воды, перетекающей из одного резервуара в другой, противодействует боковым ударам волн.
Носовой резервуар, попеременно заполняющийся водой и опорожняющийся, уменьшает килевую качку корабля в бурных морях.
Вы здесь: Главная Познавательное Физика Почему корабли держатся на воде?
Популярные материалы из данной категории:
Как работает генератор переменного тока?
Генератор превращает механическую энергию в электрическую путем вращения проволочной катушки в магнитном поле. Электрический ток вырабатывается и тогда, когда силовые линии движущегося магнита пересекают витки проволочной катушки
Почему мыльные пузыри переливаются всеми цветами радуги?
Калейдоскоп цветов, которыми переливаются мыльные пузыри, вызывается сложной структурой света и тем, как он отражается от поверхности пузырей. Белый свет состоит из множества цветов, каждый из которых характеризуется собственной длиной волны (на рисунке…
Как настраивают музыкальные инструменты?
Перед началом концерта музыканты симфонического оркестра настраивают свои инструменты по единственной ноте, играемой гобоистом. Проделав это, музыканты могут быть уверены в возможности достижения гармонии. Однако, когда расстраивается такой инструмент, как…
Что такое полупроводник?
Полупроводник — это кристаллический материал, который проводит электричество не столь хорошо, как металлы, но и не столь плохо, как большинство изоляторов. В общем случае электроны полупроводников крепко привязаны к своим ядрам. Однако, если в полупроводник,…
Источник: information-technology.ru
Почему корабль держится на воде
Еще до нашей эры люди научились строить суда для своих нужд. По заверениям историков, большой флот кораблей существовал у древних египтян и китайцев.
Кораблями пользовались для участия в боевых действиях и для перевозки товаров на продажу. Восточные славяне научились возводить суда с помощью каркасов, которые обтягивали кусками кожи. Современные корабли построены из толстого металла, который устоит перед ударом самых мощных орудий.
Как древние, так и современные суда объединяет один факт. При всей свей массе они отлично держаться наплаву. Почему же не тонут эти громоздкие сооружения?
Всевозможные разновидности судов удерживаются на плаву благодаря способности воды выталкивать объекты. Толща воды давит снизу вверх и удерживает судна на поверхности.
Плавучесть кораблей зависит от нескольких факторов, в том числе от прочности судна и его формы. В любом случае судно будет держаться на поверхности водоема, если объем жидкости, который он вытесняет, имеет большую массу, чем сам корабль. Все плавучие средства проектируются и строятся с учетом этого правила.
Закон о способности воды выталкивать предметы придумал и сформулировал древнегреческий ученый Архимед. Чтоб тяжелый корабль не утонул, в его корпус закачивают воздух. Также конструкция корабля предусматривает высокие борта. Так как воздух легче, чем вода, он помогает судну держаться на воде и не тонуть.
Подводные лодки имеют специальные цистерны для балласта. При погружении цистерны наполняются водой, а при всплытии – воздухом.
Источник: povodu.ru
Почему корабли не тонут? Описание, фото и видео
Силы и частицы
С самого зарождения кораблестроения люди прилагают массу усилий, стараясь создать корабли, которые не тонут. Первые деревянные суда были легче воды. Но развитие науки и знание законов физики позволило строить и стальные, и даже железобетонные суда.
Железобетонные корабли строились в Северной Америке в первой половине XX века, когда во время двух мировых войн ощущался дефицит стали.
Кораблю помогают не тонуть законы физики
Плавучесть судна определяется законом Архимеда: жидкость выталкивает тело с силой, равной весу жидкости в объеме погруженной в нее части тела. Основная хитрость здесь заключается в объеме – чем больше объем корабля, тем более толстыми можно сделать его металлические борта и тем больше дополнительного груза он может взять на борт, оставаясь при этом на плаву. Так получается потому, что основной внутренний объем корабля заполнен воздухом, который в 825 раз легче воды. Именно воздух придает плавучесть кораблю.
По этому же принципу возможно погружение и всплытие подводных лодок – при погружении балластные цистерны заполняются водой, лодка теряет плавучесть и погружается. При всплытии – в них подают воздух под давлением, вытесняющий воду. По этому же принципу плавает в ванне металлический тазик – внутри него находится воздух, занимающий большую часть всего объема тазика. Если же внутренний объем тазика заполнить камнями или металлом – он утонет, потому что вес его станет слишком большим.
Интересно: Почему пираты носили серьги в ушах?
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.
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 – 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.
Интересно: Почему моряки называют район действия ветров западного переноса «ревущими сороковыми»?
Обязательные правила морехода
Чтобы избежать смещения центра тяжести, при загрузке современных кораблей используются компьютерные программы, помогающие просчитать – куда и сколько груза можно поместить, чтобы сохранить мореходные качества судна. Ответственным за правильное размещение груза является старший помощник капитана. Он командует погрузкой и в соответствии с расчетами, самые тяжелые грузы размещаются в трюмах, а более легкие – на палубе. Груз на корабле обязательно «найтовится», то есть привязывается. Это нужно, чтобы во время шторма он не перекатывался по трюмам и не изменял центр тяжести судна.
Почему корабли не тонут – интересное видео
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник: kipmu.ru