Начало и успех эры стального судостроения (125-летие постройки колесного парохода «Бенши»). На втором году Гражданской войны в США в мировом судостроении произошло два события большой важности.

Во-первых, в ответ на постройку южанами первого в мире казематного парового броненосца «Виргиния» северяне создали не имевший аналогов в истории судостроения башенный броненосец «Монитор». Бой между этими броненосцами состоялся в том же 1862 г. Во-вторых, в Англии был построен небольшой колесный пароход «Бенши», который использовался в качестве блокадопрорывателя, то есть судна для доставки английского вооружения южанам и вывоза хлопка через морскую блокаду северян. Его появление не произвело на судостроительные и морские круги такого впечатления, как изобретение монитора и вращающейся орудийной башни, однако оно имело значительно более важные последствия для дальнейшего развития судостроения, так как корпус «Бенши» был изготовлен из мягкой стали.
Итак, стальной колесный пароход «Бенши», построенный в Ливерпуле, валовой вместимостью всего 325 рег. т открыл эру стального судостроения.

Применение стали дало широкий простор развитию судостроения в направлении увеличения размеров судов и их быстроходности.
Как известно, самыми крупными из созданных движущихся объектов являются транспортные суда. Так, стальной танкер японской постройки, 1980 г., имеет водоизмещение около 640 тыс. т (валовая вместимость 238,6 тыс. рег. т). Рекорд скорости хода водоизмещающего парового судна также принадлежит кораблю из стали французскому лидеру миноносцев «Террибль», развившему в 1936 г. скорость 45,2 уз.
После парохода «Бенши» в 1863 г. в Англии были спущены на воду два однотипных парусника - «Фомбей» и «Олтэ»- длиной 63,9 м и валовой вместимостыо 1283 рег. т каждый. Они были построены компанией «Джонс, Куигинс энд компани». Через год тоже в Англии, в Гулле, спустили на воду небольшой пароход «Эни» валовой вместимостью около 430 рег. т. Это был первый стальной пароход с гребным винтом. Через три года он получил класс Регистра Ллойда с отметками «стальное, экспериментальное».

Посыльное судно "Аиерис" - первый стальной боевой надводный корабль. (Англия, 1877 г.)

Второй после Англии страной, приступившей к стальному судостроению, была Швеция. Здесь в 1871 г, построили небольшой пароход «Гурли» длиной 20 м, который плавает до сих пор (в 1964 г. переоборудован в теплоход). Сейчас этот самый старый ветеран стального судостроения используется в качестве плавучей библиотеки.
Швеция явилась пионером в использовании мягкой стали в подводном кораблестроении. Орудийный фабрикант и изобретатель Торстен Норденфельт построил в 1885 г. подводную лодку № 1 водоизмещением 60 т, длиной 19,5 м, применив для корпуса листовую сталь толщиной 9,5 мм. Впервые на лодке был установлен трубчатый торпедный аппарат и она имела единый двигатель для надводного и подводного хода - паровую машину с баком для горячей воды.

Первые надводные боевые корабли из стали были созданы в Англии. В 1877 и 1878 гг. вступили в строй почти однотипные посыльные суда «Аиерис» и «Меркьюри» водоизмещением 3,7 тыс. т. Это были весьма быстроходные корабли, развивавшие скорость около 18 уз.
После Англии и Швеции сталь как конструкционный материал начала использовать Россия. В 1878 г. на разных русских заводах было построено несколько десятков миноносок водоизмещением 20-30 т со стальными корпусами.
Франция сразу же перешла к постройке крупных боевых кораблей из стали. В 1876 г. в Лорьяне был закончен спроектированный де Бюсси броненосец « Редутабль» водоизмещением 9,4 тыс. т с корпусом из стали заводов Крезо и железной броней.

Первый подводный корабль из стали - лодка Норденфельта №1 (Швеция, 1885 г.)

Пятой страной, начавшей стальное судостроение, стала Германия. В конце 1870-х годов на верфях компаний «Шихау» и «Вулкан» было построено несколько стальных миноносок водоизмещением 20 и 33 т, в том числе и для России.
Переход от железа к стали в судостроении стал возможен только после создания в 1856 г. английским металлургом Генри Бессемером конверторного способа переделки в литую сталь жидкого доменного чугуна посредством продувки его воздухом без расхода горючего. Через восемь лет, в 1864 г., французы Эмиль и Пьер Мартены получили мягкую сталь путем плавления чугуна вместе со стальным ломом в регенеративных печах немца Фридриха Сименса. Сименс-мартеновский способ успешно конкурировал тогда с конверторным. Его преимущество состояло в возможности получать качественную сталь, используя стальной лом.
Именно сталь, превосходившая по своим механическим характеристикам железо, позволила побить все предыдущие рекорды судостроения и открыть дорогу к постройке очень крупных судов. Так, гигант железного судостроения «Грейт истерн» водоизмещением 32,7 тыс. т и длиной 210,4 м, спущенный на воду в 1858 г., был превзойден по длине через 41 год, а по водоизмещению через 44 года. В 1900 г. в Англии закончили постройку стального пассажирского парохода «Оушеник» длиной 211,7 м, а в 1903 г. вышел в рейс пассажирский лайнер «Селтик» водоизмещением 37,9 тыс. т, также построенный в Англии.
Крупнейшими боевыми кораблями из мягкой стали остались четыре конвойных авианосца типа «Сенгэмон», США. Полное водоизмещение этих кораблей достигало 24,2 тыс. т. Все они были переоборудованы на трех американских верфях из танкеров типа «Т-3» в 1942 г.
Вершиной роста величины судов из малоуглеродистой стали являются три танкера типа «Глобтик Токио» водоизмещением 550,9 тыс. т и длиной 378,8м. имеет дедвейт 483,7 тыс. т (был сдан в феврале 1973 г.), «Глобтик Лондон»-483,9тыс.т (октябрь 1973 г.) и «Ниссей мару»- 484,4 тыс. т (июнь 1975 г.)- Все эти суда были построены на верфи в Куре крупной японской компанией.

Танкер "Глобтик Токио"

На заметку: Одна из возможных причин гибели Титаника - некачественная сталь.

В сентябре 1985 года впервые "Титаник" был обследован глубоководным батискафом. В докладе исследовательской группы Стива Бласко был сделан анализ стали корпуса. Дело в том, что пробоину длиной в 90 метров найти не удалось. Вместо этого, были обнаружены трещины по линии заклёпок. Обнаружена была пробоина (возможно от льда), но величина её не превышала полквадратных метра. В ходе изучения техничекой документации, выяснилось, что сталь проверялась лишь на статическую твёрдость, способность выдерживать длительные статическое напряжение. Способность к ударной вязкости, динамическую твёрдость никто не брал во внимание. Качество стали обшивки "Титаника" оказалость невысоким даже для того времени. Это была чрезмерно хрупкая, высокоуглеродистая сталь с большим добавлением серы. Борт из такой обшивки не мог получить даже вмятину, он просто раскалывался, как стекло. Таким образом, при ударе об айсберг обшивка "Титаника" лопнула по линии заклёпок, часть заклёпок (вследствии всё того же качества стали) раскололась или была срезана, и вода начала поступать внутрь корпуса судна буквально отовсюду. А так как вследствии столновения возник момент скручивания корпуса, то швы и заклёпки наверняка потекли и с другого борта. Вот почему "Титаник" тонул на ровном киле. Обследования показали, что суммарная площадь (видимых) трещин составляет не более одного (!) квадратного метра. Но старые моряки знают, что нет тяжелее ситуации, чем та, когда начинают сочиться ("плакать") швы и заклёпки.
И если бы "Титаник" налетел на увесистое плавающее бревно или притопленное судно, то исход мог быть не менее печален. Основной вывод исследовательской группы был ошеломляющим: "Титаник" погиб из-за технологических упущений сталелитейщиков. Вывод о трещинах в обшивке, как оказалось, ещё был сделан на заводе, построившем корабль. Но узнай люди о том, что "Титаник" погубила некачественная сталь, компания "Уайт Стар Лайн" мнгновенно превратилась бы в пыль. Под страхом смерти она хранила эту тайну.

Железные корабли

Первый в мире металлический корабль построили в Англии. В 1761 г. английский Совет Адмиралтейства, наблюдавший за постройкой судов, приказал накладывать на подводную часть корпуса судна медные листы на медных гвоздях для предохранения корпуса от древоточцев. Но о постройке цельнометаллических кораблей в то время еще не думали, т.к. считали, что железный корабль пойдет ко дну. Один из самых экстравагантных людей того времени - Джон Уилкинсон (1728-1808), - думал иначе. Уилкинсон был буквально помешан на железе и чугуне. Он считал, что их свойства делают их универсальными материалами. Он родился в бедной семье, стал кузнечных дел мастером, потом самым знаменитым в Англии литейщиком, строил доменные печи и чугунолитейные заводы, создал первый высокоточный сверлильный станок для высверливания орудийных и ружейных стволов, а также цилиндров паровых турбин. Так вот, Уилкинсон построил первые корабли из железа, которые, вопреки предостережениям скептиков, не пошли ко дну. Произошло это в 1787 году в городе Бросли (Broseley), Англия. Первым железным кораблем стала обычная баржа, спущенная на реку Северн. Сторонники деревянных кораблей утверждали, что морское судно проржавеет в течение нескольких лет, а кроме того на нем не будет работать компас...

Паровые двигатели

Парова?я маши?на - тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина - любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.

Первая машина была создана испанским изобретателем Иеронимо Аянсом де Бомонт, изобретения которого повлияли на патент Т. Севери (см. ниже). Принцип действия и применение паровых машин было описано также в 1655 году англичанином Эдвардом Сомерсетом. В 1663 году он опубликовал проект и установил приводимое в движение паром устройство для подъёма воды на стену Большой башни в замке Реглан (углубления в стене, где двигатель был установлен, были ещё заметны в 19-ом столетии). Однако никто не был готов рисковать деньгами для этой новой революционной концепции, и паровая машина осталась неразработанной. Одним из опытов французского физика и изобретателя Дени Папена было создание вакуума в закрытом цилиндре. В середине 1670-х в Париже он в сотрудничестве с голландским физиком Гюйгенсом работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва пороха в нём. Видя неполноту вакуума, создаваемого при этом, Папен после приезда в Англию в 1680 году создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре. Таким образом, он смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой, перекинутой через шкив. Система работала только как демонстрационная модель: для повторения процесса весь аппарат должен был быть демонтирован и повторно собран. Папен быстро понял, что для автоматизации цикла пар должен быть произведён отдельно в котле. Поэтому Папен считается изобретателем парового котла, проложив таким образом путь к паровому двигателю Ньюкомена. Однако конструкцию действующей паровой машины он не предложил. Папен также проектировал лодку, приводимую в движение колесом с реактивной силой в комбинации концепций Таки ад-Дина и Севери

Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Севери в 1698 году. На своё устройство Севери в 1698 году получил патент. Это был поршневой паровой насос, и, очевидно, не слишком эффективный, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации, так как вследствие высокого давления пара ёмкости и трубопроводы двигателя иногда взрывались. Так как это устройство можно было использовать как для вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт изобретатель назвал его «другом рудокопа»

В 1781 году Джеймс Уатт запатентовал паровую машину, которая производила непрерывное вращательное движение вала (в отличие от парового насоса Ньюкомена). Двигатель Уатта, мощностью десять лошадиных сил, стало возможным, при наличие каменного угля и воды, установить и использовать в любом месте для любой цели. С двигателем Уатта принято связывать начало промышленной революции в Англии.

Помогал проводить Денис Зеленов. 10 лет.

Летом Денис купался на Волго — Донском канале. Смотрел на большие корабли, как они идут по каналу, поднимаются и опускаются в камере шлюза. И задумался: что позволяет им не только держаться на воде, но и перевозить тяжелые грузы?

Почему корабли могут ходить по воде?

Причин несколько.

1. 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

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 –264гр.,
пенопласта — 3 гр.,
металла — 1020 гр.,
дерева – 70 гр.

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

Опыт 3

А что произойдет, если эти 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.

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 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.

2. 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:

Силы, действующие в горизонтальном направлении, т.е. на борта судна, взаимно компенсируют друг друга. Давление же на нижнюю поверхность - на днище, превышает давление сверху. Вследствие этого возникает направленная вверх выталкивающая сила.

Это хорошо видно из следующего опыта.

Опыта 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.

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