Почему корабли не тонут
Конкурс исследовательских работ
Секция «На пути к великим открытиям»
Тема:
«Почему корабли не тонут»
Выполнил:
Трошин Павел,
ученик 4 «А» класса
МБОУ Школы № 67 г.о. Самара
Советский район г. Самары
Руководитель:
Максимова Татьяна Сергеевна
Самара, 2021 год
СОДЕРЖАНИЕ
Y
Меня давно интересует вопрос, почему плавают рыбы. Почему некоторые предметы тонут, а некоторые держатся на поверхности воды.
Под водой мы можем поднять с легкостью камень, который с трудом поднимаем в воздухе. Если погрузить пробку под воду и выпустить её из рук, то она всплывёт. Когда мы плаваем в воде, наше тело выталкивает на поверхность какие-то силы. Как можно объяснить эти явления? Почему такие большие корабли, сделанные из металла, перевозят тяжелые грузы, плавают и не тонут? Мне захотелось во всем разобраться.
Выдвинута следующая гипотеза: вероятно, плавание тел в жидкости объясняется действием на тело выталкивающей силы со стороны жидкости, которая зависит от рода жидкости и размеров тела.
Цели исследования:
Исследовать явление плавания тел в жидкости.
Изучить закон Архимеда, познакомиться с его использованием на практике.
Построить модель плавающего кораблика.
Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи:
Изучить литературу по интересующей нас проблеме и определить условия, при которых тело плавает на поверхности жидкости или тонет.
Экспериментально убедиться в том, что некоторые тела (кусочки дерева или пенопласта) не тонут, а другие (кусок пластилина или стальной гвоздь) идут ко дну.
С помощью опыта показать, что из тяжелого материала может быть сделан кораблик, который плавает на поверхности воды.
Пронаблюдать явление плавания тела (картошки) в тяжелой и легкой жидкости (соленой и пресной воде).
Собрать модель кораблика.
Испытать кораблик на устойчивость и плавучесть.
Познакомиться с историей открытия закона Архимеда изучить условия плавания тел в жидкости
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.
Корабль не только держится на плаву, но и позволяет перевозить людей и тяжелые грузы. Изучив книги и журналы 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. Считается, что история судостроения и судоходства насчитывает 6000 лет!
В прошлом большинство кораблей и лодок строили из дерева. В древней Сирии строили надежные суда прочного ливанского кедра. Так начали строить корабли с килем и шпангоутами.
Европейцы стали строить нефы – широкие вместительные корабли.
Благодаря обшивке кравеель, такие суда стали называться каравеллами. На таких кораблях плавали в кругосветные путешествия.
«Клиперы» - их стали строить 300 лет назад. Это были легкие, быстроходные суда, похожие на гигантских рыб.
Клиперы строили из легкой древесины так, чтобы длина была в 6 раз больше ширины.
Впервые подводную часть судна стали обливать медной жестью в Англии.
Первые пароходы с паровым двигателем появились в XVIII веке и назывались они тогда «пироскафы»
Первые корабли из железа появились более 200 лет назад.
Из литературы известно, что:
Плавучесть корабля – 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.
Из Интернета мы узнали, что для изготовления корабля из дерева, важно определить породы дерева. В выборе нужной породы дерева помогают специалисты, работающие на деревообрабатывающих предприятиях. Можно использовать вишню, клен, яблоню, березу, сосну, липу, дуб, т.к. эти породы деревьев представляют собой более практичный материал и хорошо подходят для резьбы и токарных работ.
Идея построить корабль из железа появилась более 200 лет назад. Многие люди опасались, что такое судно потонет, поскольку железо намного тяжелее дерева. В действительности способность судна удерживаться на плаву зависит от соотношения его массы (веса) и объема. Это мы хотим проверить, проделав физические опыты.
Чтобы подтвердить или опровергнуть гипотезу, необходимо опытным путем её проверить.
Интересно, зависит ли плавучесть от размеров и формы предметов?
Мы провели ряд опытов:
1 опыт. Мы погрузили в воду одинаковые по форме кусочки пенопласта, дерева, пластилина, фольги. Обнаружили, не тонут пенопласт и дерево, а пластилин и фольга утонули. Почему же они тонут? Мы выдвинули первое предположение, что фольга и пластилин – тяжелый материал, поэтому они тонут.
2 опыт. Фольге придали форму коробочки, осторожно опустили ее на воду вверх дном и стали погружать в воду, она стала всплывать.
3 опыт. Пластилину придали форму в виде лодочки и также опустили на воду. Лодочка из пластилина хорошо держалась на воде (приложение 1).
Наше предположения о том, что тяжелые материалы всегда тонут, не подтвердились. Значит, плавают и легкие, и тяжелые предметы. Мы установили, что эти материалы отличаются только по форме. Они имеют объемную, пустотелую форму.
Чем заполнены пустотелые предметы? Воздухом, а воздух имеет небольшую плотность. Он легкий. Значит можно сделать вывод: пустотелые предметы, даже из тяжелых материалов, таких как металл, заполненные воздухом, не тонут. Поэтому и не тонут большие морские корабли, сделанные из металла. Потому что они пустотелые. Плавучесть предмета не зависит от размеров, но зависит от формы предмета.
Плавучесть корабля, его способность держаться на воде изучал знаменитый древнегреческий ученый Архимед. Мы выяснили, что же именно влияет на погруженное в жидкость тело. Чтобы понять, в чем смысл известного закона Архимеда мы провели простой опыт.
4 опыт. Я опустил руку в емкость с водой. Она стала как будто легче! И вода поднялась и вытеснялась. Так Архимед по своим наблюдениям сформулировал закон: на всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной жидкости.
Что будет, если кораблик из фольги проколоть иголкой? Он потонет. Почему? Потому, что заполнится водой. Так и настоящий корабль потонет, если получит пробоину и заполнится водой.
Из книг мы узнали 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.
5 опыт. Мы опустили 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.
Последний эксперимент наш состоял в том, чтобы построить настоящий корабль, конечно, в уменьшенном виде (приложение 2).
Выбор материала для изготовления основы кораблика велик, но я остановился на пластике. В интернете мы заказали сборную модель корабля. Я её собрал сам. Я пустил кораблик на воду. Он хорошо держится на воде. Наш кораблик не тонет. Но как заставить его двигаться. Это может сделать только ветер. Я направил струю воздуха, и он поплыл в моём импровизированном море. Нагружая его постепенно, я выяснил, что он не тонет при весе груза меньше 200 гр.
В будущем я планирую не останавливаться на достигнутом. И планирую построить другую модель корабля, которая будет передвигаться при любых условиях, например с помощью аккумулятора.
Благодаря собранной нами информации, выполненным, занимательным опытам наша гипотеза получила свое подтверждение:
- плавать могут не только легкие, но тяжелые предметы;
- форма предмета больше влияет на плавучесть, чем его вес.
И лучшее этому доказательство – это плавающие модели корабликов, построенные собственными руками.
Абрахам Д. По закону Архимеда. Почему предметы плавают? – М.: Махаон, 2020.
Митгуш А. Корабли. Искусство навигации от первобытных времён до наших дней. -М.: Мелик-Пашаев, 2017.
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/
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
