Плавучість
Чому одні речовини тонуть у воді, а інші ні? І чому є так мало речовин, здатних плавати в повітрі (тобто літати, див. статтю”Політ”)? Розуміння законів плавучості (і занурення) дозволяє інженерам будувати кораблі з металів, які важче води, і конструювати дирижаблі та повітряні кулі, здатні плавати в повітрі. У рятувальний жилет накачують повітря, тому він допомагає людині триматися на воді.
Чому предмети плавають
Якщо занурити тіло у воду, воно витіснить деяка кількість води. Тіло займає місце, де раніше була вода, і рівень поди піднімається. На середньовічної гравюрі зображений Архімед, що зробив своє відкриття. Якщо вірити легенді, давньогрецький вчений Архімед (287 – 212 до н. е.), перебуваючи у ванні, здогадався, що занурене тіло витісняє рівний об’єм води. На середньовічної гравюрі зображений Архімед, що зробив своє відкриття. Сила, з якою вода виштовхує занурене і неї тіло, називається силою виштовхування. Коли вона дорівнює вазі тіла, тіло плаває і не тоне. Тоді вага тіла дорівнює вазі витісненої ним води. Пластмасовий каченя дуже легкий, тому досить невеликої сили виштовхування, щоб утримати його на поверхні. Сила, спрямована вниз (вага тіла) залежить від щільності тіла. Щільність являє собою відношення маси тіла до його об’єму. Сталева куля важче яблука того ж розміру, так як він плотнееСтальной куля важче яблука того ж розміру, так як він щільніше. Частинки речовини в кулі упаковані більш щільно. Яблуко може плавати у воді, але сталева куля тоне.
Щоб тіло не тонуло, його щільність повинна бути менше щільності води. В іншому випадку сили виштовхування води недостатньо, щоб утримати тіло на поверхні. Відносною щільністю тіла називається його щільність по відношенню до щільності води. Відносна щільність води дорівнює одиниці, значить, якщо відносна щільність тіла більше 1, воно потоне, а якщо менше – буде плавати.
Закон Архімеда
Закон Архімеда говорить, що сила виштовхування дорівнює вазі рідини, витісненої зануреним в неї тілом. Якщо сила виштовхування менше ваги тіла, то воно тоне, якщо вона дорівнює вазі тіла, воно плаває.
Як плавають кораблі
У наші дні кораблі роблять зі сталі, яка в 8 разів щільніше води. Не тонуть ж кораблі тому, що їх загальна щільність менше щільності води. Корабель – це не цілісний шматок сталі (докладніше про сталі в статті”Залізо, сталь та інші метали”). У ньому безлічі порожнин, тому його вага розподіляється по великому простору, що і призводить до невеликої загальної щільності.”Морський гігант”- одне з найбільших суден світу – важить 564733 тонни. Завдяки великим розмірам виштовхуюча сила для нього дуже велика.
Морський гігант – одне з найбільших суден міраЕслі хочете побачити, як діє сила виштовхування, киньте в посудину з водою глиняну кульку. Він потоне, і рівень води підніметься. Відзначте фломастером новий рівень води. Тепер зліпіть з цієї ж глина човник і обережно опустіть її на воду. Як бачите, вода піднялася ще вище. Човник витісняє більше води, ніж кулька, а значить, і сила виштовхування більше.
Вантажні марки
Вантажні марки – це лінії, накреслені на борту судна. Вони показують, скільки вантажу судно може витримати тих чи інших умовах. Так, оскільки холодна вода щільніше теплою, вона виштовхує судно сильніше. Значить, судно може взяти па борт більше вантажу. Солона вода щільніша за прісну, отже, в прісній воді судно слід менше навантажувати. Винайшов вантажні марки Семюел Плімсолл (1824-1898). Коли судно занурюється у воду до відповідної лінії (див. рис.), Воно вважається повністю навантаженим. Значення буквених символів: TF – прісна вода тропіки, SF – прісна вода влітку, T – солона вода тропіки, S – солона вода влітку, W – солона вода взимку, WNA – Сівши. Атлантика взимку.
Повітроплавання
Тіла можуть літати з тих же причин, по яким вони плавають у воді. На них діє сила виштовхування повітря. Щільність повітря так мала, що в ньому можуть плавати дуже небагато тіла. Це, наприклад, балони з гарячим повітрям, який менш щільний, ніж холодний. Повітряні кулі можна також наповнити гелієм або іншими газами, які легше повітря.
Судна та човни
Колись човни і судна плавали, підкоряючись силі вітру або мускульною силою людини. Створення двигуна дозволило кораблебудівникам використовувати гвинти, що штовхають судно крізь товщу води. Останнім часом з’явилися судна на підводних крилах.”Великобританія”(побудований в 1843 році) – перший залізний корабель з гребним гвинтом. Його приводив у рух паровий двигун. Корабель був також оснащений вітрилами. Контейнеровози перевозять вантажі у великих металевих ящиках. Їх можна швидко завантажити на судно і вивантажити назад за допомогою кранів. Одне судно може прийняти на борт до 2000 контейнерів. Танкери перевозять нафту і про чие рідини в баках, розташованих в трюмах. Деякі танкери в 20 разів довше тенісного корту.
Підводні човни
Підводні човни занурюються і спливають, змінюючи свою відносну щільність. У них на борту є великі контейнери – баластні резервуари. Коли з них йде повітря і всередину закачується вода, щільність човни збільшується і вона занурюється. Щоб спливти на поверхню, екіпаж видаляє з резервуарів воду та накачує туди повітря. Щільність знову зменшується і човен спливає. Баластні резервуари поміщаються між зовнішнім корпусом і стінками внутрішнього відсіку. Екіпаж живе і працює у внутрішньому відсіку. Підводний човен оснащена потужними гвинтами, які дозволяють їй рухатися крізь товщу води. На деяких човнах встановлені атомні реактори (див. статтю”Ядерна енергія і радіоактивність”).
(2 votes, average: 4.50 out of 5)