Плавання суден, Фізика
Необхідність долати водні перепони, перевозячи вантажі по воді, а також використання річок, озер і морів як мисливських угідь вже в давнину привели до винаходу людиною плавучих засобів. Спочатку це були просто дерев'яні стовбури або надуті мішки зі шкур тварин (бурдюки), за які трималися люди, що перепливали річку, примітивні плоти із скріплених один з одним колод, круглі кошики, обтягнуті шкірою, а також човни, які видовбалися або випалювалися з масивних. . Морська справа, що розвивається, вимагала збільшення розмірів плаваючих суден, що призвело до побудови кораблів.
Перші плавучі засоби пересувалися або просто завдяки течії річки, або за рахунок використання жердин і весел. Але вже третьому тисячолітті до зв. е. стали застосовуватися вітрила. Перші вітрила виготовлялися зі шкір, тростинних циновок та дерев'яних планок. Довгий час вітрила грали допоміжну роль, і лише X—XIII ст. з'явилися перші чисто вітрильні судна. Найвищого розвитку вони досягли у другій половині ХІХ ст.: довжина їх становила 90 м, швидкість 33 км/год і вище. Найбільш швидкохідними були три- і чотирищоглові кліпери (рис. 136). Вони перевозили з Азії та Австралії чай, вовну та інші цінні вантажі, яких не вистачало в Європі та Америці. Рекорд швидкості, поставлений чайним кліпером «Катті Сарк», - 21 вузол (1 уз = 1,852 км / год) - не побитий досі жодним з вітрильних суден.
Після винаходу пароплава в різних країнах світу на судна стали встановлювати парові машини і вітрила поступово втратили своє значення.
У 1903 р. в Україні був побудований перший теплохід — судно, що рухається за допомогою двигуна внутрішнього згоряння. В даний час теплоходи є найпоширенішим видом водного транспорту. Протягом тисячоліть дерево видавалося єдиним матеріалом, придатним для побудови суден. Всім було відомо, що дерево (щільність якого менше за щільність води) не тоне і запасів його в лісах стільки, що проблем із побудовою з нього судів ніколи не буде.
Коли ж у середині XVII ст. з'явилися пропозиції замінити в суднобудуванні дерево на залізо, багатьом це видалося абсурдним. Щільність заліза більша за щільність води, і тому будь-який залізний предмет, кинутий у воду, тоне. Як же можна будувати кораблі із заліза? Хіба вони плаватимуть? Тим часом у 1787 р. англійцю Дж. Уїлкінсону вдалося побудувати перше залізне судно завдовжки 21,5 м. І воно плавало!
З другої половини ХІХ ст. залізо стало поступатися місцем сталі. Кораблі стали більш міцними, надійними та довговічними. Маса сучасних судів сягає кількох десятків тисяч тонн. Чому ж вони не тонуть? Справа в тому, що, незважаючи на величезну масу, їхня середня щільність, як і раніше, менша за щільність води. При цьому силатяжкості, що діє на судно, врівноважується архімедовою силою, що виштовхує, і судно плаває.
Якби кораблі не мали в собі заповнених повітрям відсіків і повністю складалися б з металу, вони, звичайно, не змогли б утримуватися на воді. Але кораблі містять багато порожніх приміщень. Це і призводить до того, що їхня середня щільність виявляється меншою за щільність води.
Глибина, на яку плаваюче судно занурюється у воду, називається осіданням судна. При повному завантаженні судна воно не повинно занурюватися у воду нижче за так звану вантажну ватерлінію (від голландського слова «ватер» — вода). Так називають лінію зіткнення поверхні води з корпусом судна, що відповідає найбільшому припустимому осаді. На бортах морських суден ця лінія відзначається спеціальним знаком – вантажною маркою. Вантажну марку зображують у вигляді кола, перетнутого по центру горизонтальною лінією (яка відповідає ватерлінії для морської води в літній час у зоні помірного клімату), і ряду додаткових горизонтальних ліній, що показують граничне занурення судна в морі або в річці залежно від пори року та району плавання.
Опад сучасних супертанкерів при повному завантаженні (кілька сотень тисяч тонн) може досягати 23 м (у той час як надводна частина судна становить лише 5—6 м). Для повної зупинки такого танкера, що йде зі швидкістю 30 км/год, потрібна дистанція 5 км та час 25 хв.
Масу води, що витісняється плаваючим судном, називають водотоннажністю судна . Водотоннажність судна збігається з його власною масою (разом з вантажем) і зазвичай виражається в тоннах. Внаслідок витрачання палива, провізії, боєприпасів (на військових судах), а також прийому або зняття вантажу водотоннажність судна змінюється. Максимальна допустима водотоннажність суднавідповідає його зануренню у воду за вантажною маркою. Суда, здатні плавати під водою, називають підводними, а решта — надводними. Перший підводний човен був побудований в 1620 р. в Англії. Її винахідником був нідерландський учений К. ван Дреббель. Значно пізніше підводні човни з'явилися в Укаїні (1724), Північній Америці (1776), Франції (1801), Німеччині (1850). На початку XX в. Майже всі морські держави почали будувати бойові підводні човни. Для занурення у воду в підводних човнах застосовують спеціальні баластові цистерни, що наповнюються водою. Сплив підводного човна відбувається внаслідок витіснення води з цих цистерн стисненим повітрям. Сучасні (атомні) підводні човни є гігантськими спорудами, оснащеними найсучаснішою зброєю (рис. 137). Наприклад, атомний ракетний підводний човен «Огайо» (США) характеризується водотоннажністю 18 700 т і довжиною 171 м (у той час як перший американський бойовий човен «Давид», періоду громадянської війни в США, мав довжину лише 10,6 м при екіпажі 9 осіб). І якщо перед початком першої світової війни швидкість підводних човнів становила 9—10 вузлів, то тепер вона вчетверо більша.
1. Чому цвях у воді тоне, а важке металеве судно немає? 2. Чому тоне корабель, який отримав пробоїну? 3. Що таке осаду? 4. Що таке вантажна марка? 5. Що називають водотоннажністю судна? 6. За допомогою чого підводні човни можуть занурюватися під воду та спливати? 7. Хто збудував перший пароплав? 8. Чим пароплав відрізняється від теплохода?