Почему тонут корабли. Старт в науке

В настоящее время кораблестроение хорошо развито. Громадные стальные и железные суда бороздят просторы океана. Однако у многих возникает вопрос: почему корабль не тонет? Ведь его масса огромна, и он должен утонуть сразу же, как только окажется на воде.

Почему корабль не тонет? Физика в кораблестроении

Для того чтобы объяснить такое интересное явление, необходимо обратиться к закону великого ученого Архимеда. Закон звучит следующим образом: жидкость выталкивает любые тела с такой силой, которая равняется весу жидкости в объеме погруженной в нее части тела. Если говорить более простыми словами, то звучит это примерно так: чем больше площадь корабля, тем тяжелее он может быть и при этом не утонуть. А значит, большая площадь позволяет использовать такие тяжелые материалы, как сталь или железобетон, которыми и пользовались США для кораблестроения в начале 20-го века.

К тому же большая площадь дает возможность нагружать судно грузом. Плавучесть корабля поддерживается объемом воздуха, который заключен в объем всего судна. Стоит отметить, что воздух в 825 раз легче, чем вода. Это же и является ответом на вопрос, почему корабль не тонет. Ведь именно из-за образования так называемой воздушной подушки и при использовании закона Архимеда удается строить стальные судна, которые не уходят под воду.

Почему корабль не тонет? Инженерная часть

Кроме закона Архимеда и принципа воздушной подушки, инженеры кораблестроения используют еще кое-что. Это называется принцип рычага. Он обеспечивает плавучесть судна, а также его способностью сопротивляться ветру и волнам. Проектирование корабля можно рассмотреть на обычном тазике, плавающем в ванной. Если оставить предмет в небольшом объеме воды, то плавать он будет постоянно, а вот если перенести его в речку и пустить по воде, то через определенный период тазик наполнится жидкостью из-за ветра и волн и, естественно, утонет.

Этот же принцип сработает и на громадном стальном корабле, если он будет характеризоваться малой остойчивостью. Ею называют способность корабля сохранять устойчивую позицию на воде. Зависимость этого показателя происходит от того места, в котором расположен центр тяжести судна. Чем выше поднимается этот центр, тем легче будет ветру и волнам перевернуть судно.

Это говорит о том, что остойчивость малая. Именно по этой причине все современные судна строятся с расчетом на то, что все тяжелые части вроде ходовых двигателей и т. д. располагаются в нижней части судна. Строительство кораблей также проходит с небольшим нюансом. Чтобы увеличить остойчивость и уменьшить риск потопления судна, конструкторы оборудуют дно корабля специальными свинцовыми накладками, которые исполняют роль утяжелителей.

Правила морехода

В настоящее время довольно распространенно использование компьютерных программ при погрузке продукции на судно. Программа берет на себя расчеты размещения груза. Основное правило, которому следует компьютер, - это сохранение плавучих качеств корабля. То есть погрузка должна осуществляться равномерно, чтобы не перегрузить один из бортов, что сместит центр тяжести и потопит судно.

На корабле есть ответственный за погрузку человек. Чаще всего это старший помощник капитана. Распределение веса на судне должно идти таким образом, чтобы наиболее тяжелые грузы размещались в трюме, а более легкие - на палубе корабля. Еще одним из важнейших правил является закрытие отсеков во время пробития борта корабля. При нормальном состоянии каждый из отсеков открыт, однако в случае пробоя, отделение герметизируется закрытием двери. Проектирование корабля осуществляется таким образом, чтобы не создавать слишком большие отсеки, а разбивать все пространство на несколько мелких.

Управление судном

Если более полно отвечать на вопрос, почему корабль не тонет, то стоит отметить, что важным фактором является и профессиональное управление судном. Одно из основных правил управления им заключается в том, что нельзя поворачивать судно "лагом к волне". Это правило касается экстренных ситуаций, к примеру попадания в шторм. Лаг - это бок. Другими словами, нельзя разворачивать корабль боком, иначе вероятность того, что сильная волна его опрокинет, очень велика. Важно понимать, что единственное, что удерживает судно на воде, - это остойчивость и плавучесть, а потому все правила управления, погрузки и т. д. выполнять строго обязательно.

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.

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.

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.

города Новосибирска«Кадетская школа- интернат

«Сибирский Кадетский Корпус»

Исследовательская работа по теме

«Почему железные

корабли не тонут?»

Выполнил: ученик 4 «Б» класса
МБОУ КШИ «СКК»
ЕрощенкоАлександр ПетровичРуководитель: Бандурко Наталья Владимировна, учитель первой категории

2016-2017 учебный год

СОДЕРЖАНИЕ

I .Введение……………………………………………………………...

II. Основная часть………………………………………………….…….

II. 1.Из истории кораблестроения……………………..…………………………..............

II. 2. Строение корабля………………………………………………….

III. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………………………….

IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………............

V. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………....

VI .ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………….

Введение

Я учусь в Кадетском корпусе и в будущем мечтаю стать капитаном корабля. Сраннего детства меня интересовал вопрос:-Как так? Бросишь в воду камень,он сразу же начинает тонуть, а большие многотонные корабли держатся на плаву и не тонут. Я решил найти объяснение этого вопроса с помощью познавательной литературы, интернет – ресурсов и опытов.

В моей работе «Почему железные корабли не тонут?» представлены исторические сведения о кораблестроении,об устройстве кораблей. Описание опытов.

Цель моего исследования: выяснить, почему железные корабли не тонут.

Задачи:

1. Собрать информацию о причинах, по которым корабли держатся на плаву.

2. Собрать и проанализировать информацию о плавучести тел.

3 .Провести опыты, позволяющие выяснить условия, при которых тела плавают в воде.

4. Сделать выводы, выполнить презентацию, представить свою работу одноклассникам.

Гипотезы:

1 . А что если корабли не тонут из – за своей формы?

2 . Стальные корабли не тонут, потому что они легче воды, так как в них есть воздух.

Объект исследования: причины плавания кораблей.

Предмет исследования: изучение взаимодействия жидкости и предметов, помещённых в неё.

Методы исследования:

Анализ литературы, Интернет – ресурсов и других источников;

Проведение опытов

Практическая значимость : не всегда можно найти ответ на поставленный вопрос в учебнике. Появляется потребность получить этот ответ из жизненного опыта, наблюдений за окружающей действительностью, из результатов собственных экспериментов, которые позволяют расширить знания по данной теме, готовить и самостоятельно демонстрировать опыты, объяснять их результаты. Данная работа дает возможность сформировать представление об архимедовой силе, продолжить формирование умений устанавливать причинно-следственные связи между фактами, явлениями и причинами, также результаты исследования могут быть использованы на уроках окружающего мира, при проведении классных часов, внеклассных мероприятий.

Проблема исследования: почему же такие огромные и тяжёлые корабли не тонут? Что позволяет им не только держаться на воде, но и перевозить тяжёлые грузы?

II. Основная часть

II.1. Из истории кораблестроения

Люди с давних времён хотели научиться плавать. Первыми плавательными средствами были связанные брёвна, плоты и челноки, выдолбленные из брёвен. Постепенно плавательные средства улучшались.

Существует финикийская легенда о первом мореходе. Им был тирийский дровосек Ус. Однажды Ус настолько увлекся работой, что не заметил, как лес загорелся и он оказался в огненном полукольце. Пожар был сильный, так что пробиться сквозь него было невозможно. Что делать: утонуть в море или сгореть заживо? Ус выбрал первое: он срубил высокий кедр, очистил его от веток, столкнул на воду и устремился на нем в море.Так был найден способ преодолевать моря и океаны. Не исключено, что бревно или, скорее всего, несколько бревен, скрепленных между собой (плот), и были «первым плавающим кораблем». Во всяком случае, плот был известен всем народам и сохранил свою популярность и в эпоху весел, и в наше время.

Плот - самое надежное плавучее средство передвижения. Он не может утонуть, даже если бы пытался. Но у плота есть и недостатки: он малоскоростной и плохо управляемый, не спасает от непогоды. И люди обращаются к другому древнейшему плавучему средству - лодке.

Человек быстро понял, что для мореходства годятся всевозможные материалы, и начал изобретать самые разнообразные плавательные средства. Долгое время именно судостроение, прошедшее путь от примитивных плотов и долбленых пирог до великолепных клиперов, было ведущей силой технического прогресса, а нужды навигации направляли развитие науки - астрономии, математики, механики. В 19 веке паровые двигатели заменили парус, а вместо дерева начали использовать сталь. В настоящее время корабли представляют собой огромные лайнеры и авианосцы, которые бороздят просторы мирового океана и могут месяцами не заходить в порт.

II.2. Строение корабля

У каждого корабля своё предназначение, но у любого судна есть основные части: корпус корабля, нос, корма. Корабль имеет продолговатую форму, чем-то напоминающую глубокую тарелку. Палубы на корабле закрывают его как крышки. Также, я узнал, что на корабль наносится специальная линия (ватерлиния – контрольная отметка, до которой можно загружать судно). Если она видна над поверхностью воды, то беспокоиться не стоит. Если линия скрылась под водой - вероятность его затопления возрастает.К какому бы виду или классу не относилось плавательныесредство, ему присущи общие элементы конструкции. В первую очередь, конечно, корпус, на котором установлены надстройки различного назначения, мачты и рубки. Важным элементом всех судов являются двигатели и движители, в общем, силовые установки. Для жизнедеятельности плавательныесредства имеют значение устройства, системы, электрооборудование, трубопроводы и оборудование помещений.

Носом называется передняя, кормой – задняя оконечности корпуса, его боковые поверхности – бортами . Правый борт по ходу движения моряки называют штирбортом , левый – бакбортом .

Нос корабля Корма

Дном или днищем называется нижняя часть корабля, палубами – горизонтальные перекрытия. Трюм корабля – это самое нижнее помещение, которое находится между днищем и нижней палубой. Межпалубное пространство называется твиндеком.

Палуба Трюм

Твиндек Трюм

Тип судна обуславливает и форму корпуса, и его размеры. Корпус корабля состоит из набора и обшивки. Переборки и палубы – это элементы, присущие определенным типам судов. Обшивка может быть изготовлена из дерева, как в древности и сегодня, пластмасс, сваренных между собой или склепанных стальных листов или даже железобетона. С внутренней стороны для поддержания прочности и формы корпуса обшивка и палуба подкреплены набором жестко скрепленных между собой балок, деревянных или стальных, которые располагаются в поперечном и продольном направлениях. В оконечностях корпус чаще всего заканчивается прочными балками: в корме - ахтерштевнем , а в носу - форштевнем . В зависимости от типа судна обводы носовой части могут быть разными. От них зависит уменьшение сопротивления движению судна, обеспечение маневренности и мореходных качеств.Подводный нос корабля уменьшает сопротивление воды, а значит, увеличивается скорость судна, и уменьшается расход топлива. А на ледоколах форштевень сильно наклонен вперед, за счет чего судно наползает на лед и разрушает его своей массой.

Строение корабля – не только корпус и надстройки, это еще и судовые устройства, специальное оборудование и палубные механизмы, обеспечивающие эксплуатацию судна. Без рулевого или якорного устройства не представляют корабль даже люди, далекие от кораблестроения. А еще на каждом судне есть буксирное, швартовое, шлюпочное, грузовое устройства. Все они приводятся в действие и обслуживаются палубными вспомогательными механизмами, к которым относятся рулевые машины, буксирные, грузовые и шлюпочные лебедки, насосы и многое другое. Судовые системы – это многие километры трубопроводов с насосами, приборами и аппаратами, при помощи которых откачивается вода из трюмов или стоки, подается питьевая вода или пена при пожаре, обеспечивается отопление, кондиционирование и вентиляция. Механизмы машинного отделения обслуживаются топливной системой для питания двигателей, воздушной для подачи сжатого воздуха, охлаждения двигателей. С помощью электрооборудования обеспечивается освещение на судне и работа механизмов и устройств, которые питаются от судовой электростанции.

Изучив данную информацию, мне по прежнему осталось непонятно – почему под водой мы можем поднять с легкостьюкамень, который с трудом поднимаем в воздухе. Если погрузить пробку подводу и выпустить её из рук, то она всплывёт. Когда мы плаваем в воде нашетело выталкивает на поверхность какие-то силы. Как можно объяснить этиявления? Почему такие большие корабли, сделанные из металла, перевозяттяжелые грузы, плавают и не тонут? Для выяснения этих вопросов я провел опыты, описанные в практической части.

Практическая часть

Опыт № 1 «Плавучесть разных материалов»

Определяем плотность.

Опыт 1. Все мы знаем, что, если бросить в воду деревянную доску, то она будет лежать на ее поверхности, а вот металлический лист такого же размера сразу начинает тонуть. Почему так происходит? Это определяется не весом предмета, а его плотностью. Плотность – это масса вещества, заключенная в определенном объеме.

Опыт 2. А, что произойдет, если кубики опустить в воду? Как видно из опыта камень и металл утонули – их плотность больше плотности воды, а пенопласт и дерево нет – их плотность меньше плотности воды. Значит, любой предмет будет плавать, если его плотность меньше плотности воды.

Следовательно, корабль, чтоб он держался на воде, надо сделать так, чтобы его плотность была меньше плотности воды. Предположим, делать его из такого материала, который имеет плотность меньше плотности воды и не тонет – например, из дерева. Из истории мы знаем, что человек именно из дерева делал вначале плоты, а затем лодки, используя свойство дерева–плавучесть. Сегодня мы видим много кораблей сделанных из металла, но они не тонут. Причина в том, что их корпус наполнен воздухом. Воздух намного менее плотное вещество, чем вода. У корабля образуется, как бы общая, суммарная плотность воздуха и металла. В результате этого средняя плотность корабля вместе с огромным объемом воздуха в его корпусе становится меньше плотности воды. Потому-то и не тонет тяжелый корабль. Подтвердим это опытом.

Опыт 3. Мы взяли кубики одинакового размера 70×40х50 мм из разного материала - металл, дерево, камень и пенопласт и взвесили их. И увидели, что кубики имеют разный вес, а следовательно, и разную плотность. Вес кубика из: камня –264г, пенопласта - 3 г, металла - 1020 г, дерева – 70 г.

Отсюда сделали вывод, что из кубиков самый плотный материал – это металл, затем камень, дерево и пенопласт.

Опыт 4. Опустим в воду плоский лист металла – он сразу же тонет, а любая посудина с бортами остается на плаву - в ней образуется запас плавучести. Туда даже можно положить груз. Так же действует спасательные средства: жилет или круг, одетый на человека. С их помощью удается удержаться на плаву до прибытия спасателей.

Выталкивающая сила

Кроме того на погруженное в воду тело действует выталкивающая сила. На рисунке мы видим, что на тело со всех сторон действуют силы давления.

Опыт 5. Мячик с воздухом внутри, погруженный в воду, с силой вылетает из нее вверх. Это действует на мяч выталкивающая сила (сила Архимеда). Она то и удерживает корабль на плаву и позволяет кораблю плавать.

1-Силы поддержания; 2-Давление воды на борт судна. Отчего же зависит действие выталкивающей силы? Первое – это от объема корабля и второе - от плотности воды, в которой корабль плавает. Эта сила тем больше, чем больше объем погруженного тела. Проверим это опытом.

Опыт 6 . Положим на плавающую доску небольшой груз –они тонут. А вот объем надувной лодки значительно больше, и она может выдержать даже несколько человек. Второе - выталкивающая сила меняется с увеличением плотности воды. Плотность воды можно увеличить, если ее сильно-сильно посолить. Докажем это следующим опытом.

Опыт 7. Мы залили шарики желтый и оранжевый в соленую воду и опустили их в пресную воду аквариума – они утонули. А зеленый и синий шарики с пресной водой – остаются наплаву. Следовательно, плотность соленой воды увеличилась.

Опыт 8. Опустим картофелину в емкость с солений водой – она остается на плаву. Затем опустим картофелину в емкость с пресной водой –она утонула.

Из проведенного опыта видно, что в соленой воде на плаву удерживаются те предметы, которые прежде тонули.

На основании проведенного исследования можно сделать выводы о том, что железные корабли не тонут и плавают потому, что :

1. Корабль обладает достаточным запасом плавучести.

2 .На корабль действует выталкивающая сила (сила Архимеда), направленная вверх. По закону Архимеда эта сила равна весу жидкости, вытесненной кораблем. Согласно выводам Архимеда на всякое тело, погружённое в жидкость, постоянно действует выталкивающая сила и величина её равна весу вытесненной этим телом воды. Если эта архимедова сила больше или равна весу тела, то оно не утонет. Корабли не тонут именно по этой причине. Нетрудно догадаться, что тело большого размера (объёма) вытеснит значительно больше воды, чем маленькое тело одинакового с ним веса и если утюг «раскатать» в достаточно тонкий лист фольги, то, аккуратно опущенный на поверхность воды, он будет на ней держаться. Железные суда проектируют и строят с таким расчётом, чтобы при погружении они вытесняли огромное количество воды, вес которой равен их весу в загруженном состоянии (это называется водоизмещением корабля) . В этом случае на них будет действовать выталкивающая архимедова сила соответствующей величины. Вот одна из причин, почему корабли не тонут. Можно объяснить, почему корабли не тонут, немного по-другому: тела, плотность которых меньше плотности воды, свободно плавают по её поверхности. Корабль внутри имеет множество пустых, наполненных воздухом помещений и средняя его плотность значительно меньше плотности воды. Поэтому корабли не тонут.

III. Заключение

Из литературы и Интернет- источников я узнал много интересного о кораблях и их способности держаться на поверхности воды.В ходе своего исследования я выяснил, что ошибался, когда думал, что в кораблестроении используются специальные лёгкие материалы. Но мои предположения о том, что стальные корабли не тонут, потому что имеют особую форму, оказались верны.Ещё я выяснил, что широкие корабли с высокими бортами вытесняют огромный объём воды, а чем больше объём воды, тем больше её отталкивающая сила. Это закон, который сформулировал древнегреческий учёный Архимед. Именно эта сила позволяет кораблям держаться на поверхности воды и перевозить многотонные грузы.

Список используемой литературы

Большая иллюстрированная энциклопедия школьника М. «МАХАОН», 2003 – 51 с.

А. Дитрих, Г. Юрмин, Р. Кошурникова «Почемучка» М. «Педагогика», 1991 – 160-164 с.

Л.А. Горев "Занимательные опыты по физике" М. Просвещение, 1985– 27-31.

Сахарнов С. В. Плывут по морям корабли [Текст] / С. В. Сахарнов, К. Д. Арон // «Едем, плаваем, летаем». – Москва: «Детская литература», 1993. – С. 7-36.

Приложение1

Легенда об Архимеде

Сила тяжести, действующее на тело, всегда направлена вниз и обусловлена

притяжением Земли. Однако на тело, погруженное в жидкую или

газообразную среду, действует еще какая–то сила, направленная вверх,

против силы тяжести. Эта сила называется выталкивающей силой Архимеда

– по имени древнегреческого учёного Архимеда, открывшего закон

плавающих тел. Этот закон гласит, что на тело, погруженное в жидкость,

действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной этим

телом. Согласно легенде, Гиерон, тиран Сиракуз, поручил Архимеду

выяснить, сделана ли его корона целиком из золота или же в нее подмешано

серебро. Эта задача занимала Архимеда довольно долго, пока не помог

случай. Однажды, принимая ванну, Архимед заметил, что чем больше он

погружается в воду, тем больше воды выливается из ванны. Он понял, что

это явление даст ему ключ к разгадке задачи, в восторге выскочил из ванны и

побежал по городу, восклицая: «Эврика, эврика!» (Нашёл, нашёл!). Для того,

чтобы раскрыть мошенничество с короной, Архимед применил следующий

метод: он опустил в сосуд, наполненный водой, золотой слиток того же веса,

что и корона, а потом собрал и взвесил вылившуюся воду. Потом он опустил

в сосуд слиток серебра того же веса, что и корона и нашёл, что воды

вылилось больше. Это объясняется тем, что при одинаковом весе объём

серебра превышает объём золота. Повторив опыт с короной вместо слитков,

Архимед получил результат, лежащий где–то посередине между

результатами двух предыдущих опытов.

После этого он заключил, что корона сделана не из чистого золота. Таким образом, Архимед заложил основы гидростатики - одного из разделов механики.

Приложение 2

Опыт №1.

Опыт№2.

Опыт№3.

Опыт№ 4 .

Опыт №5.

Опыт№6.

Опыт№7.

Выполнили:
Дергилёв Максим,
Гузиёв Игорь
ученики 3 класса

В современных условиях роль проектной и учебной исследовательской деятельности существенно возрастает. Важно не просто передать знания школьнику, а научить его овладевать новым знанием, новыми видами деятельности. Учебное исследование поддерживает мотивационно-смысловую составляющую жизни обучающихся, которая реализуется через самостоятельный познавательный поиск. Учебное проектирование формирует способности к планированию собственной деятельности, построению жизненных планов во временной перспективе. В ходе исследования учащиеся открывают новые знания и пути их открытия, а в ходе проектирования используют эти знания как средство решения практически значимых ситуаций. Проектная работа способствует воспитанию самостоятельности, инициативности, ответственности, повышению мотивации и эффективности учебной деятельности. Таким образом, создание условий для реализации проектной и исследовательской деятельности – задача современной образовательной организации.

Это особенно актуально в процессе перехода на Федеральный государственный образовательный стандарт, отличительной особенностью которого является его деятельностный характер, ставящий главной целью развитие личности школьника. Основы проектной и исследовательской деятельности закладываются в начальной школе. От современной школы требуются особых усилия по формированию комплекса условий для организации проектной и исследовательской деятельности обучающихся (начиная с 1-го класса).

Данная исследовательская работа была проведена в рамках внеурочной деятельности “Я - исследователь”.

І. Введение

1.1. Обоснование выбора темы работы

На внеурочной деятельности нас заинтересовала тема: “Предметы на воде”. Мы знали, что лёгкие предметы на воде не тонут, а тяжёлые - тонут. Но, поразмыслив, задумались над тем, что корабли в море сделаны из стали, но они не тонут. Мы решили провести исследование и найти ответ на вопрос: “Почему корабли не тонут?”

1.2. Цели и задачи работы

Цель:выяснить причины, позволяющие кораблям не тонуть и не переворачиваться; можно ли построить дом на воде?

1. Собрать и проанализировать информацию о плавучести тел.

2. Провести опыты, объясняющие условия, при которых тела плавают в воде.

1.3. Построение гипотез, определение методов исследования, составление плана работы

Гипотезы

Предположим,что корабль имеет особенности строения, которые позволяют ему не тонуть:

• материал, из которого изготовлен корабль, не даёт ему тонуть;
• корабль не тонет, потому что имеет особую форму;
• секреты строения.

Что, еслипостроить плавучий дом.

Методы исследования:

• “Подумай сам”.
• “Посмотри в книгах”.
• “Спроси у других людей”.
• “Обратись к компьютеру, посмотри в глобальной компьютерной сети Интернет”.
• “Понаблюдай”.
• “Проведи опыты, эксперимент”.

План исследования

1. Изучение литературы и анализ.
2. Проверка гипотез экспериментальным путём.
3. Работа с компьютером.

ІІ. Основная часть

2.1. Проверка гипотез с использованием научной литературы

Мы летом отдыхали на речке и замечали странную вещь. Когда мы пытались нырнуть и задержаться на дне, то у нас ничего не получалось. Какая –то сила выталкивала тела вверх.Что это за сила?

Мы решили обратиться к литературе.Оказывается, когда-то давно древнегреческий учёный Архимед исследовал проблему плавучести тел и сформулировал закон: на всякое тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости.

Мы узнали от учителя физики, что есть тела легче воды, есть тяжелее. Одни тонут, а другие нет.

Предметы могут тонуть или не тонуть в зависимости от того, какова плотность материала, из которого сделан предмет и какова плотность жидкости.

Из энциклопедии мы узнали о том, что корабль имеет продолговатую форму, чем-то напоминающую глубокую тарелку. Палубы на корабле закрывают его как крышки.

Когда судно идёт без груза, оно высоко сидит в воде.

Даже полностью гружёное судно не тонет. Потому что его контроль-отметка – грузовая ватерлиния – всегда находится над водой.

Корабли строят так, чтобы они в воде не тонули

Днище корабля специально делают такой формы, что когда корабль наклоняется вбок, он волей – неволей стремится опять выпрямиться.

Палубы на корабле закрывают его нутро как хорошие крышки. Поэтому вода не попадает в него, и даже в самый сильный шторм корабль не становится заметно тяжелее. Конечно, если надежно задраены палубные люки.

2.2. Проверка гипотез экспериментальным путём

Для проверки наших гипотез нами были проделаны следующие опыты.

Предположим,что корабль имеет особенности строения, которые позволяют ему не тонуть.

I. Материал, из которого изготовлен корабль, не даёт ему тонуть.

Провели опыт“Тонет, не тонет”: взяли железную ложку, деревянный брусок, пластмассовый предмет и стеклярус. Ложка и стеклярус затонули, а брусок и пластмасса нет. (Приложение 1)

Вывод:пробковые и деревянные тела вода выталкивает, а металлические и стеклянные – нет.“Плавучесть” корабля не зависит от материала, из которого он изготовлен.

А корабль сделан из стали. И он плавает.

Гипотеза не подтвердилась!

II. Корабль не тонет, потому что имеет особую форму.

Следующий опыт, который был нами проведён “Предел плавучести”.

Опустим крышку кастрюли на воду сначала в горизонтальном положении, а потом вертикально. В горизонтальном положении крышка не тонет, а в вертикальном сразу идёт ко дну. (Приложение 1)

Вывод:плавучесть предмета зависит от его плотности. Корабль не тонет, так как имеет большой объём.

Ещё один опыт, который подтверждает особенность строения корабля: “Строение”

1. Сделаем из пластилина лодочку и пустим в воду. Лодочка держится на воде.

2. Вытащим лодочку, сомнём в комок и опустим в воду. Комок пластилина опустился на дно. (Приложение 1)

Вывод:плавучесть предмета зависит от его формы. Непотопляемость корабля зависит от его строения.

III. Определённые секреты строения корабля.

Для подтверждения этой гипотезы нами были проведены следующие опыты: 1. “Сила воды”

1. Возьмём крупный фрукт, например, гранат. Привяжем к нему тонкую резиновую нить так, чтобы гранат висел на нити. Затем взвесим его с помощью безмена.

2. Опустим гранат, подвешенный на резинке, в сосуд с водой. (Приложение 1)

Вывод: Вода выталкивает предметы. На корабль, погружённый в воду, действует выталкивающая сила.

Этот закон открыл древнегреческий учёный Архимед в???в.до н.э. Стальной корабль не тонет, потому что он вытесняет много воды. Чем больше какой-то предмет вытесняет воды, тем сильнее она выталкивает его.

2. “Эффект рассола”

1. Наполнили стакан водой и опустили яйцо. Яйцо опустилось на дно.

1. Стали добавлять в воду соль (понемногу) до тех пор, пока яйцо полностью не всплыло. От соли плотность воды увеличилась. (Приложение 1)

Вывод: солёная вода плотнее пресной, поэтому выталкивающая сила воды больше в солёной воде.

2.3. Выводы

“Плавучесть” корабля не зависит от материала, из которого он изготовлен.

Корабли не тонут, потому что на них действует выталкивающая (подъемная) сила по закону Архимеда, направленная вверх и равная весу жидкости, вытесненной кораблем.

Корабль будет находиться на плаву до тех пор, пока его вес будет меньше или равен весу вытесненной им жидкости, что достигается, в том числе, и наличием прослойки воздуха в отсеках корабля.

Выталкивающая (подъемная) сила зависит от плотности жидкости. Следовательно, в море, где вода солёная (с большей плотностью), выталкивающая сила, действующая на корабль больше, чем в реке или озере, где вода пресная.

Корабли специально строят такой формы и такого строения, чтобы они не тонули.

Узнав всё это, мы решили, что можно построить плавучий дом.

Наши эскизы с учётом всех особенностей строения. (Приложение 2)

Заглянув в Интернет, мы нашли фотографии домов на воде (Приложение 2)

ІІІ. Заключение

Мы нашли ответ на свой вопрос “Почему корабли не тонут?”. Первая гипотеза наша не подтвердилась, вторая и третья подтвердились, но мы узнали много нового про кораблестроение, про свойства воды, про закон Архимеда.

Конечно, есть еще много того, что мы не понимаем, например, физические понятия, законы, формулы, но думаем, в старших классах мы сможем разобраться в этих вопросах подробнее.

А сейчасмы сможем рассказать своим друзьям и одноклассникам о своих открытиях.

ІV. Список литературы

1. Ушаков С.З. Плавание тел [Текст] / С.З. Ушаков: детская энциклопедия, том 3 “Числа и фигуры, вещество и энергия”. – Москва: “Издательство Академии Педагогических Наук РСФСР”, 1961. – С. 279-288.
2. Большая книга экспериментов для школьников/Под ред. Антонеллы Мейяни; Пер. с ит. Э.И.Мотылевой. – М.:ЗАО “РОСМЭН-ПРЕСС”, 2012. – с.35-66
3. Самолёты. Автомобили. Корабли. /авт. текста Николас Харрис; ил. Питера Денниса; [пер. с англ. А. В. Банкрашкова]. – Москва: Астрель, 2013. – с.16-17

В век ультрасовременных технологий и космических материалов после стольких лет печального опыта, большие корабли все равно продолжают тонуть - почему?.

Современные круизные лайнеры больше чем когда-либо. Их гонки за самыми незабываемыми впечатлениями побеждают принцип, чем больше, тем лучше. Однако некоторые специалисты считают, что они стали чересчур большими кораблями, так как теперь в одном кораблекрушение могут погибнуть тысячи людей. Но такова природа судоходной индустрии, когда происходит крушение, оно принимает гигантские масштабы.

Кораблекрушение Титаника в XX веке революционизировало правила безопасности, но лайнер «Коста Конкордия» постигла та же участь. Почему история повторяется. Чтобы узнать, почему тонут корабли, мы обратились свой взор на самые трагические кораблекрушения последних лет. А также рассмотрим данные судебной экспертизы.

Штормы, сильные ветра, и чудовищные волны снова и снова пускают корабли на дно. При плохой погоде риск существует всегда. Например, пассажирское судно «Silja 2». Двенадцатиметровая волна убийца швырнула металлический леер на капитанский мостик. Паром был ослеплен, все системы связи и радиолокаторы вышли из строя.

Но шторм, поразивший «Louis Majesty» в Средиземном море в 2010 году был еще свирепее. Перепуганные пассажиры снимали на видео, как панорамные окна разбивали волны высоко над ватерлинией. Несмотря на повреждения, корабль благополучно добрался до порта.

Но когда тропический шторм со всей яростью обрушился на круизный лайнер «MTS Oceanos» 1991 году, обреченный корабль так и не увидел суши. Бывалое пассажирское судно обычно отходило от берега Южной Африки. Когда пассажиры поднимались на борт, все было хорошо. Но погода неожиданно переменилась. Сначала рейс отложили, но затем капитан сообщил, что выходит в море. Через несколько часов после выхода в море, погода снова ухудшилась, ветер достигал 80 километров в час. Пассажирское судно швыряло из стороны в, пассажиры были напуганы. Но люди находились в большей опасности, чем могли себе вообразить. У большинства кораблей имеются небольшие отверстия ниже ватерлинии для откачки воды. Из-за ударов волн главный клапан отказал, и лайнер «MTS Oceanos» стало затоплять. От неожиданного удара сильной волны на корабле пропал свет. Морская вода, достигнув электрогенератора, обесточила все судно. Лайнер стал заваливаться на борт. Пассажиры были напуганы, никаких объявлений по радио не поступало.

Лайнер накренился по той причине, что его внутренние части стали наполняться водой, все больше и больше заваливая корабль на один борт. Экипаж охватила паника. Некоторые матросы схватили какие-то вещи и бросились на верхнюю палубу. Из-за неисправности клапана вода стала поступать прямо в трубы, проникая в водораспределительную систему. Теперь от традиционных переборок не было никакого толку. Морская вода затапливала каюты и отеки по всему тонущему кораблю, вытекая из унитазов и раковин. Одним словом лайнер тонул изнутри.

Капитан со своей командой покинули пассажирское судно, поэтому сигнал бедствия пришлось давать одному из музыкантов Moss Hills, работающему несколько лет на этом судне. Через несколько часов прибыли вертолеты со спасателями. Набрав много воды, корабль сильно накренился. Вскоре вода хлынула через носовую часть, утянув его вниз.

Современные круизные суда становятся все выше и выше, превращаясь в города на воде, подобно Венеции. Однако чем выше корабль, тем сильнее на него воздействует ветер. Гигантские судовые надстройки позволяют вместить больше пассажиров, но превращают в исполинские парусники. В результате чего корабли получают тяжелые повреждения, как например катастрофа, произошедшая 3 июня 1993 года.

не менее нашумевшее кораблекрушение 1993 года - катастрофа танкера «Braer»

Танкер «British Tend» следующий с полными цистернами загорелся после столкновения в тумане с грузовым судном «Panamenian» у побережья Бельгии. В результате чего произошла утечка более 3,5 тысяч тонн горящей нефти. Но аварийно-спасательные суда предотвратили взрыв большей части груза. Девять моряков погибли, остальные 27 остались живы.

Как подобные столкновения до сих пор могут случаться через сотни лет после печальной катастрофы Титаника. Неужели никто не учится на примере крушений, произошедших ранее. Но все же, если сравнить крушение «Титаника» и лайнера «Коста Конкордия» мы увидим усвоенные уроки, а также уроки, оставленные без внимания.

У двух катастроф существует поразительное сходство и несколько важных отличий. Первое сходство - конструкция корпусов кораблей. У обоих судов было защитное двойное дно, дополнительный стальной водонепроницаемый слой прямо над килем. Даже если дно корабля повредиться вода не просочится во внутренний корпус. Но и Титаник, и Коста Конкордия получили удар по корпусу на 3 метра выше двойного дна, там, где от моря пассажиров отделял один слой стали. Последствия, как известно, оказались роковым для обоих кораблей.

В течение столетнего периода между этими двумя крушениями все же некоторые современные суда, например нефтяные танкеры, усвоили уроки гибели Титаника. Двойная толщина их корпусов достигает ватерлиний, но обшивка современных лайнеров составляет лишь один слой.

Другие уроки, полученные после гибели Титаника, оказали влияние на столетнюю эволюцию кораблей. Одним из значительных достижений со времен Титаника стало прекращение использования заклепок.

На современном корпусе «Коста Конкордия» не было заклепок. Его части соединены сваркой куда прочнее времен Титаника. Поэтому возникает изумление, как столкновение с рифом могло настолько повредить корабль, что он затонул. Ответ находится на дне. Изогнутая лента сплошной стали толщиной несколько сантиметров содранная с корпуса лайнера, словно язычок огромной консервной банки. Как бы ни была прочна современная сталь, ничто не устоит перед сокрушительным ударом круизного лайнера весом несколько сотен тысяч тонн о неподвижную гранитную породу. Выходит даже через 100 лет после крушения , пассажирские суда до сих пор ненадежны.

Из всех возможных аварий на море самым страшным является пожар. Некуда бежать негде прятаться, и неоткуда ждать помощи. Пожары случаются чаще, чем вы думаете. На таких кораблях как лайнер «Carnival Ecstasy», который загорелся во время сварных работ в июле 1998 года. Ему на помощь прибыло шесть аварийно-спасательных судов, в том числе и суда береговой охраны США. Цена одной случайной искры составила 17 миллионов долларов, но, по крайней мере, судно уцелело. Но в ноябре 1994 года круизный лайнер «Achille Lauro» компании Star Lauro постигла более трагическая участь.

Лайнер вышел из итальянского порта, и направился вниз по Суэцкому каналу к Сейшельским островам. Затем судно должно было следовать в Южную Африку, где пассажиров ожидало начало сезона. Особенностью этого района, где проходило пассажирское судно - отдаленное расстояние от зоны судоходства и далеко от суши. Всего через несколько дней после начала круиза в машинном отделении судна начался пожар. Огонь быстро вошел из-под контроля. Пожар на корабле отличается от пожара в зданиях. Чтобы потушить огонь приходится спускаться вниз по трапу, и для пожарных это представляет серьезную угрозу, так как горячие газы распространяются по кораблю вертикально. Пожар на корабле сопряжен с непреодолимыми трудностями. Пламя может распространиться самыми необычными и ужасающими способами. Огонь может перекинуться на соседний отсек, из-за теплопроводности металлических стен пожар вспыхнет в соседнем отсеке, особенно если переборки сделаны из легковоспламеняющихся материалов. Одной из главных сложностей при пожаре на море это когда возгорание произойдет в машинном отделении, где находится масло и топливо. Когда его начнут тушить водой, они просто всплывут на поверхность воды и продолжат гореть. Вода распространит огонь по всему кораблю еще быстрее и это одна из проблем тушения пожаров водой, кроме того при тушении пожара водой нужно соблюдать осторожность, поскольку вы заполняете водой судно, что может привести к его неустойчивости. Также нужно знать, что на корабле огонь горит с большей силой, чем в помещении, из-за металлического корпуса судна. Таким образом, корпус сдерживает огонь, отчего тот разгорается еще интенсивнее. Если локализовать огонь не удается, не стоит забывать о спасательных платах. Они могут спасти от гибели.

Когда пассажиры покидали пассажирское судно «MS Achille Lauro», оно было безлюдным пылающим кораблем. Вскоре огонь выбил стекла иллюминаторов, и в накренившийся корабль хлынула вода, которая затем и потопила его.

Четыре из пяти катастроф на море объединяет общий фактор, ошибки сделанные людьми. Человеческий фактор стал главной причиной гибели пассажирского судна «MS Explorer». В ночь, когда он столкнулся с айсбергом Антарктики, он шел на высокой скорости. Мало того что в корабле образовалась пробоина, кто-то оставил открытыми бортовые двери. И лайнер затонул.

Крушение парома «Herald of Free Enterprise» стало еще ужаснее. Это самое трагическое кораблекрушение британского судна со времен Титаника. Автомобильно-пассажирском паром покинул порт Зебрюгге в 1987 году. Судно отправилось в плавание с открытыми носовыми воротами на платформе для перевозки автомобилей. При погибло 193 человека.

Четверть века спустя человеческая ошибка также стала основной причиной гибели уже знаменитого лайнера «Costa Concordia». Но почему современное судно оказалось так близко к берегу, ведь современные корабли оснащены спутниковой навигацией, радарной и электронной прокладкой курса.

Капитан Титаника John Smith пошел на дно со своим кораблем и стал героем, капитан лайнера Франческо Скеттино «упал» в спасательную шлюпку и стал злодеем. Но возможно в эту ночь он сделал кое-что правильно, чтобы спасти жизнь пассажиров - он направил свое судна на риф и поставил его в такое положение, чтобы тот не ушел на глубину. Несмотря на это гибель «Коста Конкордия» облетела весь мир. И вновь подняла вопросы безопасности на море.

Одни специалисты считают, что настало время пересмотреть размеры , и то как ими управляют, так как думают, что правила и нормы отстают от . Наряду с этим численность высокопрофессионального экипажа сокращается в пользу обслуживающего персонала, который в свою очередь получает не инструктаж по технике безопасности в море, инструкцию о сохранности товаров и предоставлении качественных услуг.

Хоть и поздновато, но круизная индустрия все же начала пересматривать вопросы безопасности на море, в которых учтут ошибки прошлого. Но как говориться время покажет. Необходимость создания новых правил безопасности на море актуально как никогда. По всему миру в плавание отправляются новые . В течение следующих трех лет на воду будут спущены как минимум 35 кораблей более 300 метров в длину, и некоторые из них будут вещать более 6 тысяч счастливых отдыхающих. И все будут верить, что люди покорили океан, и их плавающие отели непотопляемы.