Меню

Почему лодки плавают по воде

IT News

Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm

Почему корабли держатся на воде?

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.

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

  1. Когда корабль держится на поверхности воды вертикально, его центр тяжести и выталкивающая сила находятся на одной линии. Корабль находится в равновесии.
  2. Когда корабль накреняется, выталкивающая сила смещается в сторону; в результате, выталкивающая сила давит вверх, сила тяжести тянет вниз и крен выправляется.
  3. Если центр тяжести накрененного корабля слишком сильно смещен вверх и расположен на слишком большом удалении от центра плавучести, корабль опрокинется.

Смещение центра тяжести

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.

Источник

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.

Читайте также:  Аэрация вода что такое

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.

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.

Источник

Почему корабли ходят, а не плавают? Причины, описание и фото

Жаргон моряков самобытен и интересен. Так, на судне нет кухни, есть камбуз. И туалета тоже нет – есть гальюн. А еще корабль не плавает, а ходит. К этому моменту все сторонники морских традиций относятся очень ревниво. Почему же принято говорить именно так, почему судно идет, а не плывет? Существует сразу несколько версий ответа на этот вопрос, и рассмотреть стоит каждую из них.

Предрассудки? А только ли они?

Кто-то скажет, что подобная формулировка связана с уважением к водной стихии, которая испокон века обожествлялась, которой люди откровенно побаивались. Из уважения к морю и его божествам, а может быть, с целью успокоить себя и утешить близких, принято было говорить «ушел в море». Не уплыл, рискуя утонуть, а именно ушел, как по земле. А значит, скорое возвращение будет гарантировано.

Бревно плывет

Возможно, речь здесь идет даже об уважении к самому судну. Стоит вспомнить, что в английском языке корабль – это одушевленный предмет, единственное фактическое исключение в своем роде. А все потому, что англичане – признанные мореплаватели, которые за счет мощи своего флота смогли колонизировать полмира. Плавать может бревно или какой-нибудь мусор, мелкая рыбешка в пучине, а корабль, который становится домом для матросов на годы вперед, который обладает для них собственной душой и своим особым характером, может только идти. Но предрассудки – это одно, а что до хода корабля – тут есть и другое, вполне логичное, даже техническое объяснение.

Также моряки утверждают, что плавать – значит перемещаться в толще воды. А идти – значит, передвигаться по ее поверхности. Отсюда идет закономерная формулировка, что корабль – ходит. Исходя из этой трактовки, говорить о том, что судно плывет – как минимум, дурной знак.

Тунец плывет

Еще одна версия говорит о том, что плыть – значит передвигаться по воде неуправляемо, как это делает различный мусор. Ветки и бревна – плывут. А пароходы и корабли – ходят: в загранку, против ветра или по нему, в любом направлении, но с четко заданной целью.
Возвращаясь к английским традициям, которые действительно заложили многое в вопросах мореплавания по всему миру, стоит отметить, что и там есть понятие «to go to sea», то есть, дословно, «выйти в море», «идти по морю», а никак не плыть. Английские и другие иностранные заимствования в морском деле – это фактическая норма, удивляться этому не стоит. Так что подобная формулировка могла иметь и английское происхождение.

Читайте также:  Водонагреватель накопительный проточная вода

Ход винта и ход корабля

История использования паруса для обеспечения кораблю хода велика – но даже и тут прослеживается слово «ход». Далее, на смену зависимому от ветров куску материи пришел гребной винт, для которого слово ход стало особенно актуальным. Измеряя скоростные показатели корабля, отмечали, сколько он может пройти за один полный оборот винта. И в этот же период родились команды «малый ход», «полный ход», определяющие, с какой скоростью должно двигаться судно. Корабль идет, потому что он движется за счет тех средств, которые придают ему ход. Корабль идет за счет парусов, винта, двигателя. Это вполне закономерно.

Как правильно: ходит или плавает?

Но правы ли моряки, говоря, что судно идет, относительно правил русского языка? На самом деле, это понятие остается актуальным только для морского жаргона, которым даже сами морские волки не всегда особо стремятся пользоваться на берегу. Придерживаясь правил и норм русского языка, можно отметить, что ходьба – это передвижение посредством ног по суше, а плавание – перемещение по воде или в ее толще, в любых случаях и без исключений. Все, что может держаться на воде или в ее толще, по определению плавает – таковы языковые нормы.

В итоге можно сказать, что по законам русского языка любое судно, корабль, лодка – плавает. Но согласно морскому жаргону, опять же, любое судно, любой корабль или лодка – ходят. Однако официальный морской язык все же не поддерживает таких вольностей, и по его нормам корабль тоже плавает. Отсюда и возникают такие термины, как капитан дальнего плавания, плавающий адмирал, и многое другое. И даже провожая моряков, им желают счастливого плавания, а не хождения или похода.

Жаргон – это сложное явление, характерное для своей среды и актуальное именно для той среды, в которой он появился. Морской жаргон имеет свои глубокие традиции, порой корни тех или иных фраз, слов отыскать бывает непросто. Точно так же можно сказать о фразе «корабль ходит»: существует множество версий, объясняющих происхождение данной формулировки. Сегодня можно только гадать, какая из них является верной. Возможно, их влияние оказалось комплексным, что и сформировало такие суждения в морской среде. Но как бы то ни было, именно так говорят сейчас, и наверняка так будут говорить в будущем.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Почему корабли не тонут? Описание, фото и видео

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.

Читайте также:  Аппарат для продажи бутылок с водой

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.

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

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.

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.

Весь корпус корабля разделен на герметичные отсеки. В нормальном состоянии перегородки между отсеками открыты. Когда корабль получает пробоину – тот отсек, где она расположена, перекрывается герметичными перегородками, чтобы вода не могла заполнить весь корпус.

Опасно во время шторма разворачивать корабль «лагом к волне», то есть боком. Слишком велика вероятность, что сильная волна перевернет корабль. Также опасна и волна в корму. Поэтому часто океанские суда во время сильных штормов начинают двигаться носом против волн, уходя с намеченного курса – это самый безопасный для корабля способ пережить непогоду. И только после окончания шторма они возвращаются на нужный курс.

Плавучесть и остойчивость судна – это основные его качества, обеспечивающие безопасность. Поэтому правила, помогающие сохранить их – обязательны к соблюдению. А конструкторские решения, способствующие их улучшению, всегда приветствуются.

Почему корабли не тонут – интересное видео

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Adblock
detector