Відеоурок «Плавання суден»
Лист з інструкцією з відновлення пароля буде надіслано на вашу пошту
- Головна
- 7 клас
- Фізика
- Відеоурок «Плавання суден»
Розглянемо умови плавання суден по річках, озерах та морях.
Поставимо невеликий досвід. Візьмемо дерев'яний брусочок, покладемо на стіл і подаємо на нього. Брусочок залишається на місці. А тепер опустимо його у широку чашу з водою. Щільність дерева менша за щільність води, тому діюча на нього архімедова сила більше сили тяжіння, і брусочок плаває на поверхні, частково занурившись у воду. Подуємо на нього. Брусок ковзає поверхнею води.
Цю здатність руху твердих тіл поверхнею води люди навчилися використовувати тисячоліття тому. Першими плавальними засобами були стовбури дерев, потім почали будувати плоти та човни. З часом розміри судів ставали більшими, з'явилися вітрильні судна, пароплави, теплоходи.
У будівництві сучасних морських і річкових суден застосовують матеріали, щільність яких більша за щільність води. Чому ці надважкі кораблі, танкери, лайнери, виготовлені з металу, тримаються на поверхні води і до того ж перевозять пасажирів і вантажі?
Поставимо ще один досвід. Візьмемо пластинку металевої фольги та опустимо у воду. Фольга втопиться. З того ж шматка фольги зробимо кораблик. Ми бачимо, що кораблик плаває на поверхні. Що змінилося? Маса фольги залишилася колишньою, отже, сила тяжіння, що діє на нього, не змінилася. Але обсяг кораблика більший за обсяг шматка фольги, тому архімедова сила, що діє на нього, збільшилася. Якщо архімедова сила дорівнює силі тяжкості, тіло плаває.
Навантажуватимемо наш кораблик. Він глибше занурюється у воду і може навітьпотонути, якщо маса вантажу виявиться дуже великою для цього кораблика. Можемо зробити висновок, що на справжні кораблі не можна поміщати занадто багато вантажу.
Відомо, що тіло плаває, якщо вага води, витісненої його підводною частиною, дорівнює вазі цього тіла в повітрі.
Значить, якщо вага води, витісненої підводною частиною судна, дорівнює вазі цього судна разом з вантажем у повітрі, то це судно буде плавати.
Щоб знати, скільки вантажу можна завантажити на судно, запровадили такі характеристики.
-Осадка - це глибина, на яку судно занурюється у воду.
- Ватерлінія – червона лінія на корпусі судна, що показує найбільше допустиме осадження судна.
- водотоннажність - вага води, що витісняється судном при зануренні до ватерлінії, рівний силі тяжіння, що діє на судно з вантажем.
- Вантажопідйомність - вага корисного вантажу, що перевозиться судном.
Навантажувати судно можна тільки доти, доки його осаду нижче за ватерлінію.
Щоб знайти вантажопідйомність, потрібно з ваги витісненої води (водотоннажності) відняти вагу судна. Рвантажу = Рвит.воды - Pсудна
А як плавають підводні човни?
Для пояснення принципу плавання підводних човнів розглянемо досвід. Наллємо у склянку газовану воду та опустимо виноградинку. Щільність винограду більша за щільність води, тому вона потоне. Але через деякий час виноградинка, вся обліплена бульбашками повітря, підніметься на поверхню.
Також і підводні човни. Вони мають спеціальні баластние відсіки, які заповнюються водою при зануренні. Якщо потрібно піднятися на поверхню, то стисненим повітрям витісняють воду з цих відсіків. Середня щільність човна прицьому стає менше щільності води і човен спливає.
Розглянемо вирішення завдання плавання суден.
Завдання: Судно, занурене у прісну воду до ватерлінії, витісняє воду об'ємом 15 000 м3. Вага судна без вантажу становить 5000 кН. Чому дорівнює вантажопідйомність судна? Чому дорівнює маса вантажу?
Рішення: Запишемо умову задачі. Об'єм витісненої води, що дорівнює об'єму підводної частини судна, позначимо Vвит.води., становить 15 000 м3. Вага судна Pсудна = 5000 кН, СІ 5 000 000 Н. Щільність води ρж = 1000 кг/м3. Потрібно визначити вантажопідйомність, тобто. вага вантажу Pвантажу та масу вантажу mвантажу.
Щоб знайти вагу вантажу, потрібно з водотоннажності відняти вагу самого судна. Водотоннажність - це вага води, витісненої зануреною частиною судна, що дорівнює вазі судна разом з вантажем, позначимо Рвит.воды. Тоді вантажу = вит.води - судна.
Знайдемо вагу витісненої води (водотоннажність) за формулою Pвит.воды = mвыт.воды.g, де маса витісненої води дорівнює добутку її щільності на об'єм.
Тоді Pвит.води = g·ρж·Vвит.води.
Формула визначення ваги вантажу запишеться так: Pвантажу = g·ρж·Vвит.води. - Судна. Підставимо числові значення величин, скоротимо одиниці виміру та отримаємо: Pвантажу = 10 000 000 Н = 10 000 кН.
Тоді маса вантажу з формули ваги дорівнює: mвантажу = Pвантажу :g = 1 000 000 кг = 1000 т.
Відповідь: вага вантажу 10 000 кН, маса вантажу 1000 т
Якщо вага води, витісненої підводною частиною судна, дорівнює вазі цього судна разом із вантажем у повітрі, це судно плаватиме.
Опад - це глибина, на яку судно занурюється у воду.
Ватерлінія – червона лінія на корпусі судна, що показує найбільшу припустиму осідання судна.
Водотоннажність - вага води, що витісняється судном призануренні до ватерлінії, що дорівнює силі тяжкості, що діє на судно з вантажем.
Вантажопідйомність - вага корисного вантажу, що перевозиться судном.
Навантажувати судно можна тільки доти, доки його осаду нижче за ватерлінію. Щоб знайти вантажопідйомність, потрібно з ваги витісненої води (водотоннажності) відняти вагу самого судна: вантажу = вит.води - судна