Плаваючі тіла

Реферат на тему:

Плаваючі тіла

З ЧОГО РОБЛЯТЬ ПОПЛАВЦІ?

Ви збираєтесь на риболовлю? Окрім вудилища, волосіні, крючка і, звичайно, наживки, вам знадобиться і поплавець. З чого його зробити? Оскільки поплавок, то мусить плавати. Озирнемося довкола. Мабуть, першим вам на очі потрапить корок.

Чому корок плаває? Та тому, що він набагато легший від води, Корки роблять із кори коркового дуба. Якщо ви уважно подивитесь на неї, то помітите в ній велику кількість порожнин. Вода практично туди не заходить. І можна сказати, що корок на воді «тримає» повітря. Властивість корка плавати відома з давніх-давен. Уже тисячі років тому користувалися рятувальними пристроями, виготовленими з нього. І тепер для рятувальних кругів, жилетів, плотів часто застосовують корок.

Але хіба лише корок здатен плавати? Плавають колоди і дошки, плаває лід, що утворився з тієї ж води. Щоб з'ясувати, чи буде якесь тіло плавати в рідині, треба порівняти їхні густини. Це — характеристика речовини, яка показує, скільки його маси вміщується в одиниці об'єму. Ну от, скажімо, в одному кубічному метрі вміщається одна тонна чистої води, а льоду — приблизно 900 кілограмів. Відповідь цілком зрозуміла: лід випливе з води.

На поверхні води також плаватимуть олійні й нафтові плями. А краплини ртуті, падаючи у воду, тонуть — адже ртуть — метал, і вона набагато щільніша від води.

Було проведено дослід (не пробуйте повторювати його дома — ртуть небезпечна!), коли у ртуть занурювали різні метали. Вони випливали наверх, як корок у воді — ось наскільки густіша ртуть.

А чи не можна примустити яку-небудь речовину не випливати з рідини? Так, якщо) наприклад, обережно ввести у суміш води і спирту краплину рослинної олії. Вона нерухомо зависне в рідині, немовби перебуваючи у стані невагомості.

ЧИ МОЖНА ПЛАВАТИ ПІД ВОДОЮ?

Дуже смішне запитання, скажете ви. Пірнув, і пливи собі. Ну і як довго ви протримаєтеся? Мабуть, хвилину, можливо, дві. Лише натреновані нирці можуть продовжити цей час, але все одно він не перевершуватиме кількох хвилин, але як продовжити час перебування під водою?

Тут не обійтись без якогось винаходу. Для проведення підводних робіт на глибину спускали важкий дзвін, під куполом якого було повітря. Тоді людина, що перебувала під куполом, мала змогу дихати — і працювати. Але це була дуже громіздка конструкція.

Потім створили водолазний костюм. У ньому людина могла рухатись по дну, і її можливості значно розширились. Але, як і досі, водолаз був ніби прив'язаним до корабля «пуповиною» — сигнальним і повітряпровідним шлангами. Ще одна проблема, з якою зіткнулися підводники — при зростанні глибини збільшується тиск води. Заглибишся на 10 метрів, тиск збільшується на величину, рівну атмосферному тиску повітря. На поверхні Землі ми цей тиск звикли не помічати. Але у воді з ним не до жартів. Наприклад, коли швидко підняти водолаза з великої глибини, то його кров може буквально закипіти. Так починає «кипіти» газована вода, коли ми відкупорюємо пляшку, тобто коли різко падає тиск. Це так звана кесонна хвороба.

То що ж, так і не пощастить нам поплавати під водою довгенько і без прив'язі? Та ні, чому ж. У 1943 році французький капітан Жак Ів Кусто винайшов акваланг. Тепер нирець, маючи запас стисненого повітря в балонах, міг тривалий час залишатися під водою. Спеціальні регулятори подають повітря до рота, а видих дають змогу зробити у воду. З аквалангом можна вільно пересуватися під водою і перебувати там десятки хвилин. На жаль, причини, пов'язані з кесонною хворобою, не дають змоги заглиблюватися надто глибоко. Для цього все-таки доводиться користуватися жорсткими водолазними костюмами.

ЯК ПЛАВАЄ ПІДВОДНИЙ ЧОВЕН?

Звичайно, ви бачили, хоча б по телевізору, сучасні підводні човни. Це величезні кораблі з командою у кілька десятків чоловік, які здатні місяцями перебувати під водою. Корпуси цих човнів зроблені з міцного металу. Інакше б вони не витримали страшенного тиску води на глибині. Чому ж щільніший, ніж вода, метал не тоне в ній? Відповідь очевидна: човен зроблено не з суцільного металу, в ньому є порожнечі. Тож, простіше кажучи, човен схожий на корок, який прагне виплисти на поверхню води.

Як же тоді човен занурюється? Справа в тому, що всередину його накачують забортної води, «Загальна» густина човна стає більшою за густину довколишньої води і човен «тоне».

Перше документальне свідчення про підводні човни нараховує понад 400 років, Але першість у спорудженні підводного човна належить голландському винахіднику К. ван Дреббелю, який випробував у 1620 році свою конструкцію на річці Темзі.

Інтерес до використання підводних човнів для військових потреб був дуже великий. Як бойову техніку їх уперше застосували під час американської громадянської війни у XIX сторіччі.

У подальшому конструкція підводних човнів зазнала багатьох змін. Кращі досягнення науки і техніки були використані для їх удосконалення, аж до установлення на них атомних двигунів. На жаль, одне з найяскравіших винаходів людини й досі застосовується в основному військовими.

ЩО ВИШТОВХУЄ НАС ІЗ ВОДИ?

Човни й кораблі люди навчилися будувати ще в найстародавніші часи. Питання, пов'язані з мореплавством, хвилювало їх усе більше й більше, особливо коли йшлося про далекі подорожі. Не дивно, що й стародавні греки приділяли багато уваги проблемам плавання тіл.

З'ясувати, що саме впливає на занурене в рідину тіло, вдалося знаменитому Архімеду. Щоб зрозуміти, в чому смисл його відомого закону, зробіть нескладний дослід. Опустіть у тазик з водою або ванну що завгодно, хоча б власну руку. По-перше, ви помітите, що вона стала ніби легшою. По-друге, виявите, що вода у ванні або тазику піднялася, витіснилася. От Архімед і сформулював, виходячи з цих спостережень, свій закон: на будь-яке тіло, занурене в рідину (і в газ також), діє виштовхувальна сила, що дорівнює вазі витісненої ним рідини.

До речі, одразу ж можна з'ясувати цікаве питання: чи працюватиме цей закон в умовах невагомості? Зрозуміло, що в часи Архімед а таке питання навряд чи могло спасти на думку. Сьогодні ж ми на нього відповімо дуже легко. Оскільки немає ваги, то виштовхувати занурене тіло ніщо не може.

А ось для земних потреб застосування цього «без утоми» діючого закону аж надто важливе. За його допомогою роблять розрахунки для всіх підводних і надводних суден.

Пояснити його дію можна, знаючи, що тиск рідини зростає з глибиною. Тоді ясно, що на днище, скажімо, повністю зануреного у воду підводного човна діє більший тиск, ніж на верхню частину його корпуса. Різниця цих тисків і створює спрямовану вгору виштовхувальну силу. Тому-то й виникає ефект прилипання, коли човен лягає на замулене дно. Тиск води зверху є, а знизу немає. Човен притиснутий до дна і йому без зовнішньої допомоги не виплисти.

ЧОМУ В МОРІ ПЛАВАТИ ЛЕГШЕ?

Чи помічали ви на річкових і морських суднах червону горизонтальну лінію? Певно ви навіть згадаєте, як її називають — ватерлінія. Для чого вона?

Якщо судно занурене у воду так, що ватерлінію добре видно, то це означає, що його можна ще довантажувати. А якщо вода підійшла до цієї лінії або тримається вище неї, то це вже небезпечно — судно перевантажене.

Тобто виштовхувальної сили води ось-ось не вистачить, щоб урівноважити судно разом з вантажем.

А ось який цікавий факт спостерігають ті, хто пливе на кораблі і переходить на ньому з річки в море. Ще вчора, пливучи річкою, можна було бачити, як ватерлінія майже торкалась води. А вранці, коли виходили з річки у відкрите море, з'ясувалося, що смужка між ватерлінією та водою помітно збільшилася.

Що ж сталося? Невже з корабля щось викинули? Чи, може, вночі з нього зійшли всі пасажири з вантажем? Зовсім ні, вага корабля залишилася незмінною. Тож і врівноважуюча його виштовхувальна сила також залишилася незмінною. Тоді в чому ж справа?

Мабуть, ви зрозуміли, що вся «сіль» цього питання в морській воді. Відомо, що її густина перевищує густину річкової води за рахунок розчиненої в ній солі. А в щільнішій рідині тіло занурюється менше. Ви можете переконатися в цьому, зробивши вдома дослід з дитячим корабликом, який би плавав у каструлі з водою, тільки не шкодуйте солі. А якщо вам пощастило під час одних канікул поплавати і морі, і в річці, то ніякі інші докази не потрібні.

ЧОМУ ПЕРЕВЕРТАЮТЬСЯ КОРАБЛІ?

Буває, при переході людей у човні з місця на місце він починає гойдатися, може зачерпнути води, а часом і перевернутись. Для великих кораблів, здавалося б, такої загрози не існує. Що страшного в тому, що палубою почнуть ходити чи, може, й бігати всі пасажири разом з командою?

Справді, на великому кораблі анітрохи не позначиться переміщення людей, вага яких набагато менша. Але, якщо йдеться про вантаж, який перевозить судно, то ситуація різко змінюється. Подумайте, який з кораблів стійкіший? Чи той, у якого вантаж розміщено в трюмі, чи той, палуба якого заставлена, наприклад, важкими контейнерами, а трюм порожній або заповнений чимось легким на зразок гуманітарної допомоги з пухових курток? Ви, не довго розмірковуючи, віддасте перевагу першому кораблю. Якщо вантажі у другого надійно закріплені і самі не розхитують судно, то й тоді навіть незначне хвилювання моря зможе так розхитати корабель, що неминуче переверне його. Тому досвідчені капітани завжди прагнуть під час завантаження в порту найважчі вантажі розмістити найнижче.

Проблема стійкості плаваючих тіл породила цілий розділ у науці. Були відпрацьовані, скажімо, такі способи рятування корабля, як поділ його корпусу на відсіки. Якщо корабель дістав пробоїну, то водою заливало тільки один, вхід до якого одразу ж перекривають. А щоб уникнути крену, у відсік, що навпроти, уже навмисне закачують воду.

Простежте, навіть у ванні, за стійкістю дерев'яного чи пластмасового кораблика. Спробуйте вплинути на неї, приклеюючи до днища шматочки пластиліну. Тільки не перестарайтесь, бо перевантажений «корабель» піде на дно.

Архімед (бл. 287-212 до н. є.) — давньогрецький учений. Займався математикою, механікою, фізикою й астрономією. Опрацьовував наукові основи статики, вивів закони важеля. Заклав фундамент гідростатики, йому належить її основний закон (закон Архімеда). Досліджував умови плавання тіл. Винайшов машини для зрошення полів, використав гвинт, важіль і блок для підняття великих вантажів і у військових метальних машинах.

Олексій Миколайович Крилов

(1863-1945) — російський кораблебудівник, механік і математик. Створив теорію хитавиці корабля, теорію непотоплюваності суден, запровадив багато новинок у конструкціях кораблів. Займався проектуванням суднових компасів та артилерійських приладів. За його участю побудовані перші російські лінкори — великі військові кораблі.