Почему корабли не тонут?

Муниципальная открытая научная конференция школьников

«Наука. Творчество. Молодёжь»

Номинация : Физика, математика и техника

Название работы:

«Почему корабли не тонут?»

Автор работы: Слепнев Иван Витальевич

89624919858, MKOU7kr@yandex.ru

Место выполнения работы: с Преградное,

МКОУ СОШ № 7, 3А класс.

Руководитель:

Полянская Галина Александровна

Красногвардейское, 2024

1. Введение………………………………………………………… 3

2. Глава 1. Основная часть. Теоретическая часть.

2.1 История кораблестроения.

2.2. Причины кораблекрушений.

2.3. Типы не тонущих кораблей

Глава 2. Практическая часть.

Глава 3. Заключение.

Список литературы

Приложения

1.ВВЕДЕНИЕ

Меня давно интересует вопрос, почему некоторые предметы тонут, а некоторые держатся на поверхности воды. Если погрузить пробку под воду и выпустить её из рук, то она всплывёт. Почему маленький гвоздь, брошенный в воду, сразу идет на дно? Почему, огромные корабли, построенные из металла, вес которых составляет иногда сотни тысяч тонн, спокойно бороздят просторы мирового океана? В наши дни корабли делают из стали, ко­торая в 8 раз плотнее воды. «Морской гигант» — одно из самых больших судов мира – весит 564 733 тонны.

Так почему большие, тяжелые корабли, сделанные из металла, перевозящие тяжелые грузы, плавают и не тонут? Чем обусловлена их непотопляемость?

 Актуальность
Корабли имеют огромное значение для мира, обеспечивая торговую и транспортную связь, защиту территориальных границ и возможности исследований и развлечений. Эта отрасль вызывает интерес у всех мировых держав, находится в постоянном развитии, корабли становятся все более «интеллектуальными» и устойчивыми.

Гипотеза:

Особенности строения корабля позволяю ему не тонуть:

1. Материал, из которого изготовлен корабль, не дает ему утонуть.

2. Корабль не тонет, потому что он имеет особую форму

3. Корабль не тонет, потому что воздух внутри него держит его на плаву.

4. Секреты строения.

Цели исследования:

Выяснить причины, позволяющие кораблям не тонуть и не переворачиваться.

Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи:

1.Изучить литературу по интересующей нас проблеме и определить условия, при которых тело плавает на поверхности жидкости или тонет.

2.Разработать серию опытов, позволяющих шаг за шагом выяснить условия, при которых тела плавают в воде.

3.Подготовить описания опытов, чтобы каждый желающий мог легко их повторить и получить знания, позволяющие понять многие природные явления.

4.Собрать и проанализировать информацию о плавучести тел.

Объект исследования – тела разной формы и размеров, погруженные в жидкость.

Методы исследования:

Информационный поиск (статьи из научно–популярных изданий, из Интернета).

Экспериментальный и теоретический метод изучения явлений «Исследование предметов на плавучесть».

Наблюдения и сравнительный анализ.

2. Глава 1. Основная часть. Теоретическая часть.

2.1 История кораблестроения.

Одним из величайших достижений первобытных людей является изобретение лодки. Эти примитивные средства стали основой для развития транспорта и технологий, которые мы используем и в настоящее время.

Ученые считают, что история судо­строения и судоходства насчитывает около 6000 лет.

Изучив книги и энциклопедию, интернет-ресурсы на эту тему, я узнал, что сначала человек взял бревно, но оно переворачивалось и крутилось. Затем человек связал вместе несколько стволов, так был изобретен плот.

Плот стал первым искусственным средством передвижения по воде. Этот древнейший тип судна почти неуправляем, на нем невозможно двигаться против течения или сильного ветра, но, несмотря на все свои недостатки, плот служил людям не одну тысячу лет.

Постепенно люди догадались, что древесный ствол, если заострить его концы и выдолбить изнутри, превращается в лодку, которая поплывёт быстрее. Плавать на таких лодках было довольно опасно: они легко переворачивались. Эскимосы до сих пор плавают среди льдов на подобных судах – каяках.  Индейцы также плавали на разукрашенных каноэ, которые не слишком отличались от всех прочих лодок.

Приблизительно 2600 лет появились более совершенные суда. Древние греки, финикийцы и римляне для строительства кораблей стали использовать лесоматериал. На корабле могли находиться до 40 гребцов, но такое количество гребцов нельзя было уместить просто на одной палубе. Для этого нужен очень длинный корабль. Но выход был найден: нельзя на одной – разместим на двух, в два «этажа». Такие корабли стали называть биремами. Потом появились триремы – «трехэтажные» корабли, квадриремы – «четырехэтажные» и кинкеремы – «пятиэтажные. 

Но в конце первого тысячелетия нашей эры заявили о себе знаменитые викинги построив свои драккары. Для викингов драккар был как дом: у каждого было свое место на корабле и своя скамья, где воин отдыхал и хранил свое имущество. На носу корабля крепилась резная голова дракона, а по бортам располагались щиты.

Жители Русского севера – поморы - всегда были хорошими мореходами. Они создали замечательный долговечный и прочный корабль – коч. Он был вполне способен сопротивляться штормам и льдам.

Европейцы в середине 15 века стали строить каравеллы. Каравелла обычно имела две или три мачты (и гораздо реже четыре), и они были оснащены латинскими парусами. Латинский парус был треугольным. Раньше парусные суда, использующие квадратный парус, могли плавать только с прямым ветром позади них, но гибкие латинские паруса позволяли судну плыть в пяти точках от ветра и даже лавировать (двигаться зигзагом вперед) против встречного ветра. На таких кораблях плавали в кругосветные путешествия.

Парусные корабли потом стали называться по-разному: в зависимости от своего парусного вооружения. Например, бриг имел две мачты с прямыми парусами; бригантина – две мачты с прямыми и косыми парусами. Затем появились барк и баркентина.

Активно развивались и строились военные корабли с большим количеством пушек. На военном фрегате можно было разместить до 80 пушек, а на бриге – всего около восьми.

Первые пароходы с паровым двигателем появились в XVIII веке и назывались они тогда «пироскафы».  1807 году американец Роберт Фултон построил пароход «Клермонт». Судно двигалось благодаря гребным колесам.

Во время Первой мировой войны (1914-1918гг.) были созданы первые авианосцы, они использовались для взлета авиатранспорта.

Почти одновременно с авианосцами появились и подводные лодки.

Но людям этого показалось мало. И они стали строить специальные устройства: батисферы, батистаты и батискафы. С их помощью можно спускаться в самые темные и неизведанные глубины мирового океана.

2.2. Почему тонут корабли?

Из литературы мне стало известно, что корабли должны иметь:

-Плавучесть – это способность плавать при заданной нагрузке.

-Непотопляемость – способность не тонуть при заполнении водой.

-Устойчивость – способность возвращаться в исходное положение.

-Водоизмещение – это количество воды, вытесненное плавающим судном.

Но корабли тонут. Основные причины :

Протечка и повреждения

Под воздействием сильных стихийных бедствий, таких как штормы, ураганы и водные цунами, корабль может попасть в ситуацию, когда его корпус разрушается или вода начинает проникать через трещины и пробоины.

Ошибки экипажа и членов экипажа

Часто причиной тонущих кораблей являются ошибки и неправильные действия экипажа и членов экипажа.

Огонь и взрывы

Пожар на борту корабля представляет серьезную угрозу, особенно если огонь не может быть локализован и потушен вовремя. Взрывы, вызванные химическими или газовыми веществами, могут привести к серьезным повреждениям и потере плавучести корабля.

Судовые аварии

Столкновение с другим судном, причалом или подводным объектом может вызвать серьезные повреждения корабля, которые могут привести к его затоплению.

Неблагоприятные погодные условия

Сильные ветры, грозы, туманы и другие неблагоприятные погодные условия могут стать причиной затопления корабля.

2.3. Типы не тонущих кораблей

Корабли строят так, чтобы они в воде не тонули. Даже полностью гружённое судно не тонет. Потому что его контроль-отметка – грузовая ватерлиния – всегда находится над водой. 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.

Типы кораблей, способные не тонуть.

1. Корабли с двумя или более корпусами. Такие суда называются двухкорпусными или многоскорпусными кораблями. Они имеют отдельные отсеки или понтонные баллоны, которые имеют высокую плавучесть даже в случае повреждения одного из корпусов.

2. Катамараны. Это корабли с двумя параллельными корпусами, которые увеличивают плавучесть и стабильность на воде. Катамараны могут иметь высокую скорость и большую грузоподъемность.

3. Корабли с пенообразователями. Эти суда используют специальные пенообразующие материалы (пенопласт или специальные гидроизоляционные материалы), которые позволяют им сохранять плавучесть даже при повреждении корпуса.

4. Плавучие платформы. Это суда, предназначенные для выполнения рабочих или исследовательских задач на воде. Они имеют широкую площадь и низкую высоту, что обеспечивает им большую стабильность и плавучесть.

5. Корабли с системой перекачки воздуха. Некоторые суда оснащены специальной системой, которая позволяет перекачивать воздух из поврежденного отсека в другие без повреждений. Такие системы позволяют суднам сохранить плавучесть даже при серьезных повреждениях.

Использование этих технологий и принципов конструкции позволяет создавать корабли, которые способны не тонуть, даже при неблагоприятных условиях на воде. Это обеспечивает безопасность и эффективность их эксплуатации в различных сферах деятельности, таких как морская торговля, исследования и спасательные операции.

Глава 2. Практическая часть.

Чтобы подтвердить или опровергнуть гипотезу, я решил провести опыты.

Опыт № 1 «Влияет ли материал, из которого сделан корабль, на его плавучесть?

Поочередно погружаем в воду предметы, сделанные из металла, дерева, стекла и пластмассы. Как видно, предметы из стекла и металла утонули, а из дерева и пластмассы – нет.

Объяснение: Я знал, что все окружающие нас предметы и вещества состоят из крошечных, не видимых взгляду частичек – молекул. Те тела, в которых молекулы располагаются очень близко друг к другу - обладают большей плотностью и быстрее идут ко дну. А тела, в которых молекулы расположены далеко друг от друга, обладают меньшей плотностью, поэтому остаются плавать на поверхности воды. У железа и стекла плотность больше плотности воды, и поэтому они утонули. Тела, плотность которых меньше плотности воды, свободно плавают по её поверхности. Современные корабли сделаны из металла.

Вывод: «Плавучесть» корабля не зависит от материала, из которого он изготовлен.

Опыт № 2 «Влияние формы на плавучесть корабля»

Берем пластилин, погружаем его в воду и видим, что он утонул.

Придаем пластилину форму корабля, погружаем его в воду и видим, что он не утонул, а поплыл. Ура! Волшебство свершилось, тонущий материал плавает на поверхности!

Вывод: Корабль не тонет, потому что он имеет особую форму.

Опыт № 3. «Влияние воздуха на плавучесть корабля»

Берем два воздушных шарика, один из которых надуваем, и погружаем в воду Вода попала внутрь не надутого шарика, и он начал постепенно погружаться в воду. Надутый шарик не тонет, даже если надавить на него сверху рукой.

Вывод: Корабль не тонет, потому что воздух внутри него держит его на плаву. Пустотелые предметы, даже из тяжелых материалов, таких как металл, заполненные воздухом, не тонут. Корабль внутри имеет множество пустых, наполненных воздухом помещений и средняя его плотность значительно меньше плотности воды. Именно поэтому он держит корабль на поверхности воды и не даёт затонуть. И корабль, даже с очень большим на борту грузом будет плыть по водам морей и океанов.

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, который известен сейчас как Закон Архимеда. Таким образом, в нашем опыте на шарик снизу, из таза, действовала сила Архимеда, которая выталкивала шарик на поверхность.

Опыт №4. Я опустил пластиковый стакан в воду. Взял монетки и начал класть их в стакан. Стакан плавал, но из емкости начала выливаться вода. При добавлении 51 монетки, стакан утонул. Затем я взял стакан с монетами и стакан с водой, которая вылилась. Вес стана с монетами был больше. Так Архимед по своим наблюдениям сформулировал закон: на всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной жидкости.

Вывод: Тело не утонет, если архимедова сила равна или больше веса тела. 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.

Опыт №5. Из книг я узнал интересный факт: при переходе судна из моря в пресный водоем оно резко опускается вниз, рискуя сесть на мель. Все это из-за изменения плотности воды. Это доказывает следующий опыт.

Я опустил в пресную воду картофель. Он утонул. Значит плотность картофеля больше плотности воды. Добавили в воду на 1 литр 300г. соли, растворили ее и опустили туда картофель. Картофель всплыл. Плотность воды стала больше, чем плотность картофеля.

Вывод: Выталкивающая сила зависит от рода жидкости и от размера погруженного в нее тела.

У меня остался последний вопрос «Почему под воздействием волн суда не переворачиваются?»

Опыт №6

Я вспомнил игрушку - Ванька-Встанька. Я решил использовать пустую пластиковую бутылку. В воде она плавала. Тогда я наполнил дно монетами, и бутылка встала…..

Вывод: Центр тяжести –ниже основной части бутылки, и поэтому при любой качке корабль не перевернётся.

Благодаря собранной информации, экспериментам моя гипотеза получила свое подтверждение: плавать могут не только легкие, но тяжелые предметы. Полученные знания помогли мне сделать макет корабля. Я назвал его «Титаник». Настоящий корабль в ночь с 14 на 15 апреля 1912 года, столкнулся с айсбергом и затонул в Северной Атлантике, а мой не тонет. ( Приложение №1)

Конечно, есть еще много того, что я не понимаю, например физические понятия, законы, формулы, но, думаю, в старших классах я смогу разобраться в этом вопросе подробнее.

Абрахам Д. По закону Архимеда. Почему предметы плавают? – М.: Махаон, 2020.

Оглобля Н. Почему корабли не тонут? 100 интересных фактов о транспорте.–Спб.: Питер, 2016.

Интернет ресурсы: https://zen.yandex.ru/media/studystudent/sila-arhimeda-pochemu-ne-tonut-korabli-5eca9ad916dc9e6bc0902ed4

Интернет ресурсы: https://kipmu-ru.turbopages.org/kipmu.ru/s/pochemu-korabli-ne-tonut/

5.Сайт pochemuchek.net

6.Сайт www.shipslib.com «История судостроения и мореплавания»

Приложение №1