Подводные лодки: почему они не тонут? Почему лодка не тонет


Почему лодка не тонет

Почему лодка не тонетПочему лодка не тонетПравителя можно сравнить с лодкой, а народ — с водой: вода может нести лодку, а может ее и опрокинуть.

/Сюнь-Цзы/

Лодкой называют небольшое судно длиной до 9-ти метров, шириной до 3-х метров и грузоподъемностью до 5-ти тонн. Это один из простейших видов водного транспорта. С древнейших времен с ее помощью люди добывали пищу, путешествовали, воевали. Почему лодка не тонет?

На плаву все плавательные средства удерживает физический закон, открытый много столетий назад Архимедом. Если предмет легче воды такого же объема, то он будет держаться на ее поверхности; если их вес равен, предмет уйдет под воду, но на дно не опустится; а в случае, если он окажется тяжелее воды, то мигом погрузится на дно.

Теперь если вернуться к лодкам, то для их производства всегда использовались материалы более легкие, чем вода. Основными составляющими для изготовления лодок служат древесина, легкие сплавы, полимеры, пластик, а для надувных лодок — резина. Кроме того, внутри лодка полая. Именно эта полость и удерживает ее на плаву, даже в груженом состоянии. Однако всегда нужно помнить, что у каждого плавательного средства есть свой предел грузоподъемности. Если лодку перегрузить и ее вес сравняется с весом воды, она начнет тонуть.

Читайте также: Почему корабли не тонут.

glazastik.com

Принцып устройства подводной лодки

Создание подводной лодки стало величайшим достижением в военном деле. Такой корабль может быть очень опасен, потому что невидим – находясь под водой, он наносит неожиданные удары. Но какое же все таки устройство подводной лодки? Что дает ей возможность погружаться, подниматься, находится под водой на определенной глубине?

На лодку, как и на все остальные физические тела, распространяется закон Архимеда: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости. Благодаря этому закону мореплавание в принципе возможно – корабль обретает плавучесть, то-есть возможность находиться на поверхности воды.

Но для подводной лодки нужно не только находиться на поверхности (то-есть иметь положительную плавучесть), но и уметь погружаться (обретать отрицательную плавучесть), а также «висеть» на определенной глубине – не всплывая и не пытаясь утонуть (это состояние называется нулевой плавучестью).

Изменение плавучести у подводных лодок достигается принятием водного балласта. В специальные цистерны на борту лодки набирается забортная вода. Когда цистерны полностью заполнены – лодка обретает нулевую плавучесть, если же ей надо всплыть – вода выпускается из цистерн.

Но для передвижения в горизонтальной плоскости вода в цистернах не поможет. Поэтому в устройстве подводной лодки для регулировки направления движения имеется вертикальный руль (как и у надводных кораблей). Так же для изменения глубины погружения используются горизонтальные рули, похожие на рули самолетов для изменения высоты полета. При использовании горизонтальных рулей лодка может менять глубину погружения без изменения своей плавучести.

Статья подготовлена по материалам книги: К. Рыжов «100 великих изобретений», 2006 г.

www.thingshistory.com

Почему Подводные Лодки Не Тонут?

Почему подводные лодки не тонут…

Как ни печально, но подводные лодки тонут… как любые корабли (суда) потерявшие из-за повреждений запас плавучести. Ну а пока подводная лодка находится в исправном состоянии она, в отличие от надводного судна, сохраняет способность маневрировать по глубине. Для того чтобы понять, почему так происходит нужно вспомнить закон, достаточно известного дедушки, который жил в славном городе Сиракузы. На подводную лодку, в подводном положении, как и на любое тело, погруженное в воду, действуют две главные силы – сила тяжести и выталкивающая сила. Измеряются они в тонна-силах. Сила тяжести - сила, с которой подводная лодка (все её элементы и погруженные в неё грузы) притягивается к Земле. Точка приложения силы тяжести - центр масс, который называется центром тяжести и обозначается буквой G. Выталкивающая сила - равнодействующая сил гидростатического давления воды, которые перпендикулярны к наружной поверхности корпуса лодки, и соответствуют глубине погружения Н. Горизонтальные составляющие сил гидростатического давления компенсируются. Вертикальные составляющие отличаются на величину вертикального размера корпуса и представляют собой выталкивающую силу D. Эта сила всегда направлена вверх и приложена в точке, которая называется центром величины С. Для того чтобы подводная лодка в подводном положении всплывала или погружалась, необходимо обеспечить некоторую разность абсолютных величин выталкивающей силы и силы тяжести. Если больше сила тяжести – лодка погружается, если больше выталкивающая сила – лодка всплывает. Обеспечение равенства силы тяжести и выталкивающей силы называется дифферентовкой. Осуществляется этот процесс системой, которая перекачивает воду по дифферентным и уравнительным цистернам. Система по производительности достаточно мощная и используется на ходу. При остановленных главных двигателях равенство сил обеспечивается системой стабилизации глубины без хода. Эта система автоматически набирает или откачивает воду в специальную цистерну из-за борта.

otvet.expert

почему подводная лодка не тонет

  • Published on14-Apr-2017

  • View260

  • Download0

Transcript

муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 20 г. Минеральные Воды Исследовательский проект Тема: "Почему подводная лодка не тонет?" Автор работы: Гиричев Серафим 2 «б» класс Научный руководитель и консультант: Раевская Анна Георгиевна, учитель г. Минеральные Воды 2015-2016 уч.г. Оглавление.  1.Введение; 2. История развития подводного кораблестроения; 3. Механизм погружения и всплытия подводной лодки;  4. Экспериментальное доказательство механизма погружения и всплытия подводной лодки; 5.Заключение; 6. Список источников. 7.Приложения. 1.Введение. Я очень люблю строить корабли и потом пускать их на воду. Вместе с папой мы собираем модели парусников. (См.7.Приложения Фото 1-4) И он мне объяснил, что корабли не тонут, потому что воздух внутри корабля держит его на плаву. Закон Архимеда гласит, что на погруженное в воду тело действует сила, равная весу вытесненной им воды. Корабль вытесняет воды так много, что возникает большая выталкивающая сила, которая и держит его на плаву. Но способность держаться на плаву зависит также от плотности материала, из которого построено судно, то есть от отношения его массы к объему. Корпус корабля делают из металла (например, железа) — это тяжелый материал. Но внутри корабля находится заполненное воздухом полое пространство, поэтому средняя плотность корабля оказывается ниже плотности воды, и он не тонет. А потом по телевизору я увидел огромную подводную лодку с командой из десятков человек способные месяцами находиться под водой. И мне стало интересно, как же может подводная лодка погружаться в воду, свободно плавать и не тонуть? Объект исследования: подводная лодка Предмет исследования: механизм погружения и всплытия подводной лодки Методы исследования: - Беседы с взрослыми - Изучение научной  литературы - Работа с компьютером - Наблюдения - Проведение опытов, экспериментов Цель: экспериментальным путем обосновать механизм погружения и всплытия подводной лодки с точки зрения физики. Задачи: - узнать историю развития подводного кораблестроения - создать макет подводной лодки - объяснить механизм погружения и всплытия подводной лодки - опытным путем показать механизм погружения и всплытия подводной лодки Гипотеза исследования: Мы предположили, что как и всякое физическое тело, подводная лодка подчиняется закону Архимеда, то механизм её погружения и всплытия можно показать в домашних условиях. 2.История развития подводного кораблестроения.  2.1.Идея подводного судна уходит своими корнями в античные времена. Существуют предположения, что в IV веке до н. э. Александр Македонский использовал нечто принципиально похожее на водолазный колокол в разведывательных целях, о чём сохранились свидетельства на картинах более позднего времени. (См.7.Приложения Фото 5) 2.2.Первым успешно функционирующим подводным судном стала вёсельная подводная лодка голландского механика и физика начала XVII века Корнелия Ван-Дреббеля, построенная в Лондоне на реке Темзе, для 12 гребцов и 3 офицеров; хроника говорит, что сам король Иаков I был в числе этих офицеров. Его деревянная лодка представляла собой разновидность водолазного колокола, обтянутая снаружи промасленной кожей, могла перемещаться с помощью весел в подводном положении на небольшие расстояния .Судно могло находиться под водой несколько часов на глубине до 5 метров. Для поглощения испорченного дыханием воздуха изобретатель приготовлял жидкость, подробности рецепта которой не сохранились. (См.7.Приложения Фото 6-8) 2.3.В России 1718 года, плотник Ефим Никонов из подмосковного села Покровское подал челобитную царю Петру I, в которой он предложил проект «Потаенного судна», который фактически представлял собой проект первой отечественной подводной лодки. Спустя несколько лет, в 1724 году на Неве творение Никонова, было испытано, да неудачно, поскольку «при спуске у того судна повредилось дно». При этом Никонов едва не погиб в затопленной лодке и был спасен при личном участии самого Петра. За неудачу царь велел изобретателя не корить, а дать ему возможность исправить недочеты. Но вскоре Петр I умер, и в 1728 году Адмиралтейств-коллегия после очередных неудачных испытаний распорядилась работы над «потаенным судном» прекратить. Самого же малограмотного изобретателя сослали работать плотником на верфи в Астрахань. (См.7.Приложения Фото 9-12) 2.4.Первую подводную лодку, получившей военное применение, спроектировал школьный учитель в 1776 году в США Д. Бушнелл одноместную субмарину из дерева, обшитого листами меди. Ее яйцевидный корпус больше походил на бочку, но имел башенку с иллюминаторами, два винта в виде винтов Архимеда: один горизонтальный, другой вертикальный, и маленький руль. Ее назвали «Черепаха», по-английски — «Тартл». Снизу закрепили якорь и груз для устойчивости — в морской терминологии это называется остойчивость. Для любого судна важно, когда на море качка, не перевернуться, а как ванька-встанька возвращаться в первоначальное положение из крена. Для погружения под воду небольшой бак заполняли водой, а для всплытия воду откачивали ручным насосом. Бак служил балластной цистерной. Субмарина приводилась в движение гребными винтами, которые вращал ногами подводник, нажимая на педали, как это делает велосипедист. На башенке была установлена труба, соединяющая внутреннюю полость с атмосферой. Следовательно, погружаться ниже этой трубы «Тартл» не могла. Субмарина была вооружена миной, начиненной 65 кг пороха, который поджигался запалом с помощью часового механизма. Предусматривалось, что подводник должен был приблизиться к стоящему вражескому кораблю, буравом просверлить отверстие в его деревянном днище и прикрепить к днищу мину, прикрепленную к бураву, затем запустить часовой механизм и отойти на безопасное расстояние. (См.7.Приложения Фото 13-14) 2.5.Огромный вклад в развитие подводного флота внес русский кораблестроитель, инженер, конструктор, изобретатель, предприниматель, путешественник, коллекционер - Степан Карлович Джевецкий, который прославился своими трудами в области судостроения, авиации и морской техники. Джевецкий является создателем первых боевых подводных лодок, оборудования и вооружения для них. Он разработал много нововведений: • использование водяного насоса для откачки воды • снабжение перископом • впервые снабдил свою лодку электродвигателем • вооружение лодки состояло из мины с резиновыми присосками и запалом, которое позволяло активировать мину в нужный момент. (См.7.Приложения Фото 15) 2.6.Первая в мире дизельная подводная лодка «Минога» была построена в России в Петербурге в 1908 году по проекту Ивана Григорьевича Бубнова. Длина «Миноги» — 32 м. Скорость под водой - 8, 5 км/ч. Вооружение - две торпеды. Она была взята на вооружение Балтийского флота. Дизельмоторы, изготовленные заводом «Людвиг Нобель» для «Миноги», имели очень важное новшество – реверсионное устройство, позволяющее лодке менять ход с переднего на задний, но, к сожалению, это было возможно только без нагрузки. Вооружение «Миноги» состояло из двух трубчатых внутренних торпедных аппаратов. На верхней палубе позади рубки был установлен пулемет. Экипаж «Миноги» насчитывал 22 человека, в том числе два офицера – командир лодки и его помощник. (См.7.Приложения Фото 16-18) 2.7.В дальнейшем конструкции подводных лодок претерпели много изменений. Лучшие достижения науки и техники были использованы для их усовершенствования, вплоть до установки на них атомных двигателей. (См.7.Приложения Фото 19-22) В Санкт-Петербурге открыт комплекс боевой подводной лодки Второй Мировой войны Д-2 "Народоволец", где можно походить по отсеками и узнать её устройство и условия жизни экипажа. Все отсеки подводной лодки, ее внешний облик воссозданы такими, какими они были в годы войны. Она состоит из прочного и легкого корпусов. Все основные агрегаты и механизмы расположены в прочном водонепроницаемом корпусе. На палубе надстройки размещено 100-мм орудие. Лодка установлена на бетонных киль-блоках и соединена со зданием берегового павильона. (См.7.Приложения Фото 23-26) 3. Механизм погружения и всплытия подводной лодки.  Попробуем разобраться в механизме погружения и всплытия подводной лодки с точки зрения физики. Как и всякое физическое тело, подводная лодка подчиняется закону Архимеда: тело, погруженное в воду, теряет в своем весе столько же, сколько весит вытесненный телом объем воды. На этом законе основано главное свойство любого корабля — его плавучесть, способность удерживаться на поверхности воды. Чтобы подводная лодка могла погружаться, всплывать или держаться под водой, она должна обладать способностью менять свою плавучесть. Это достигается очень простым способом — лодка оборудована специальными цистернами, которые, то заполняются водой, то вновь опорожняются. Для подводной лодки плавучесть бывает: Положительная – надо освободить цистерны от воды - лодка всплывет; Отрицательная - надо заполнить цистерны водой - лодка будет погружаться – опустится на дно; Нулевая - необходимо уравнять вес подводной лодки и вес вытесняемого ею объема воды – лодка будет «висеть» на любой глубине. Так как регулировка погружения с помощью цистерн никогда не может быть точной, то маневрирование лодки в плоскости достигается при помощи горизонтальных рулей. 4. Экспериментальное доказательство механизма погружения и всплытия подводной лодки. Подводная лодка погружается под воду при заполнении водой специальных камер — балластных цистерн. Когда же ей нужно всплыть, в цистерны нагнетается сжатый воздух, и вода вытесняется. Меняя количество воздуха в балластных цистернах, лодка меняет глубину погружения. Для доказательства данного механизма я решил провести опыт в домашних условиях. Представляю вашему вниманию. Возьмем две пластиковых бутылки, большую и маленькую, надувной шарик, шланг, резиновое кольцо и изоленту. (См.7.Приложения Фото 27) В маленькой бутылке сделаем много отверстий, диаметром 3-4 мм. (См.7.Приложения Фото 28) В пробке маленькой бутылки проделаем отверстие для шланга. (См.7.Приложения Фото 29) Вставим шланг и закрепим на нём надувной шарик. (См.7.Приложения Фото 30) После этого протолкнем шарик внутрь бутылки, закрутим пробку и закрепим шланг. (См.7.Приложения Фото 31) Теперь осталось только соединить обе бутылки изолентой. (См.7.Приложения Фото 32-33) Заполнили большую бутылку водой, и поместили в нее груз, в нашем случае были камушки, и опустили нашу «подводную лодку» в воду. Маленькая бутылка наполнилась водой и она легла на дно. «Подводная лодка» приобрела отрицательную плавучесть. (См.7.Приложения Фото 34) Чтобы наша модель всплыла, через шланг под давлением мы стали наполнять маленькую бутылку воздухом, и вода из нее стала выливаться. (См.7.Приложения Фото 35) И вот чудо, наша лодка всплыла на поверхность! «Подводная лодка» приобрела положительную плавучесть. (См.7.Приложения Фото 36) 5. Заключение  Наша гипотеза о том, что механизм погружения и всплытия подводной лодки можно показать в домашних условиях, оправдалась. В будущем я хотел бы провести опыт по доказательству нулевой плавучести. Я пробовал, но пока мне это не удалось.  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. Я считаю, что опыт моей работы будет интересен многим ребятам. Этот эксперимент может провести любой мой одноклассник, используя подручные бытовые предметы. Мой проект показал мне, что физика начинается с внимательности и любопытства к простым, привычным для нас предметам и состояниям. Спасибо за внимание. 6.Список источников 1. Интернет-сайт / Первая подводная лодка Корнелия Ван Дреббеля/http://live-trace.livejournal.com/15360.html; 2. Интернет-сайт / История подводного кораблестроения /https://ru.wikipedia.org 3. Интернет-сайт /Кто первый построил подводную лодку/http://www.seapeace.ru/submarines/first/361.html 4. Интернет-сайт / Подводная лодка Джевецкого /https://www.proza.ru/2014/06/19/405 5. Интернет-сайт /Русские подводные лодки/http://coollib.com/b/292338/read 6. Интернет-сайт/ Погружение и всплытие подводной лодки/ http://www.randewy.ru/nk/pogrpl.html 7. Интернет-сайт/ Подводная лодка/ http://wiki.wargaming.net/ru/Navy:%D0%9F%D0%BE%D0%B4%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BB%D0%BE%D0%B4%D0%BA%D0%B0 7. Приложения. Фото 1. Фото 2. Фото 3. Фото 4. Фото 5. Фото 6. Фото 7. Фото 8. Фото 9. Фото 10. Фото 11. Фото 12. Фото 13. Фото 14. Фото 15. Фото 16. Фото 17. Фото 18. Фото 19. Фото 20. Фото 21. Фото 22. Фото 23. Фото 24. Фото 25. Фото 26. Фото 27. Фото 28. Фото 29. Фото 30. Фото 31. Фото 32. Фото 33. Фото 34. Фото 35. Фото 36.

documents.tips

почему подводная лодка не тонет

  • Published on14-Apr-2017

  • View265

  • Download0

Transcript

муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 20 г. Минеральные Воды Исследовательский проект Тема: "Почему подводная лодка не тонет?" Автор работы: Гиричев Серафим 2 «б» класс Научный руководитель и консультант: Раевская Анна Георгиевна, учитель г. Минеральные Воды 2015-2016 уч.г. Оглавление.  1.Введение; 2. История развития подводного кораблестроения; 3. Механизм погружения и всплытия подводной лодки;  4. Экспериментальное доказательство механизма погружения и всплытия подводной лодки; 5.Заключение; 6. Список источников. 7.Приложения. 1.Введение. Я очень люблю строить корабли и потом пускать их на воду. Вместе с папой мы собираем модели парусников. (См.7.Приложения Фото 1-4) И он мне объяснил, что корабли не тонут, потому что воздух внутри корабля держит его на плаву. Закон Архимеда гласит, что на погруженное в воду тело действует сила, равная весу вытесненной им воды. Корабль вытесняет воды так много, что возникает большая выталкивающая сила, которая и держит его на плаву. Но способность держаться на плаву зависит также от плотности материала, из которого построено судно, то есть от отношения его массы к объему. Корпус корабля делают из металла (например, железа) — это тяжелый материал. Но внутри корабля находится заполненное воздухом полое пространство, поэтому средняя плотность корабля оказывается ниже плотности воды, и он не тонет. А потом по телевизору я увидел огромную подводную лодку с командой из десятков человек способные месяцами находиться под водой. И мне стало интересно, как же может подводная лодка погружаться в воду, свободно плавать и не тонуть? Объект исследования: подводная лодка Предмет исследования: механизм погружения и всплытия подводной лодки Методы исследования: - Беседы с взрослыми - Изучение научной  литературы - Работа с компьютером - Наблюдения - Проведение опытов, экспериментов Цель: экспериментальным путем обосновать механизм погружения и всплытия подводной лодки с точки зрения физики. Задачи: - узнать историю развития подводного кораблестроения - создать макет подводной лодки - объяснить механизм погружения и всплытия подводной лодки - опытным путем показать механизм погружения и всплытия подводной лодки Гипотеза исследования: Мы предположили, что как и всякое физическое тело, подводная лодка подчиняется закону Архимеда, то механизм её погружения и всплытия можно показать в домашних условиях. 2.История развития подводного кораблестроения.  2.1.Идея подводного судна уходит своими корнями в античные времена. Существуют предположения, что в IV веке до н. э. Александр Македонский использовал нечто принципиально похожее на водолазный колокол в разведывательных целях, о чём сохранились свидетельства на картинах более позднего времени. (См.7.Приложения Фото 5) 2.2.Первым успешно функционирующим подводным судном стала вёсельная подводная лодка голландского механика и физика начала XVII века Корнелия Ван-Дреббеля, построенная в Лондоне на реке Темзе, для 12 гребцов и 3 офицеров; хроника говорит, что сам король Иаков I был в числе этих офицеров. Его деревянная лодка представляла собой разновидность водолазного колокола, обтянутая снаружи промасленной кожей, могла перемещаться с помощью весел в подводном положении на небольшие расстояния .Судно могло находиться под водой несколько часов на глубине до 5 метров. Для поглощения испорченного дыханием воздуха изобретатель приготовлял жидкость, подробности рецепта которой не сохранились. (См.7.Приложения Фото 6-8) 2.3.В России 1718 года, плотник Ефим Никонов из подмосковного села Покровское подал челобитную царю Петру I, в которой он предложил проект «Потаенного судна», который фактически представлял собой проект первой отечественной подводной лодки. Спустя несколько лет, в 1724 году на Неве творение Никонова, было испытано, да неудачно, поскольку «при спуске у того судна повредилось дно». При этом Никонов едва не погиб в затопленной лодке и был спасен при личном участии самого Петра. За неудачу царь велел изобретателя не корить, а дать ему возможность исправить недочеты. Но вскоре Петр I умер, и в 1728 году Адмиралтейств-коллегия после очередных неудачных испытаний распорядилась работы над «потаенным судном» прекратить. Самого же малограмотного изобретателя сослали работать плотником на верфи в Астрахань. (См.7.Приложения Фото 9-12) 2.4.Первую подводную лодку, получившей военное применение, спроектировал школьный учитель в 1776 году в США Д. Бушнелл одноместную субмарину из дерева, обшитого листами меди. Ее яйцевидный корпус больше походил на бочку, но имел башенку с иллюминаторами, два винта в виде винтов Архимеда: один горизонтальный, другой вертикальный, и маленький руль. Ее назвали «Черепаха», по-английски — «Тартл». Снизу закрепили якорь и груз для устойчивости — в морской терминологии это называется остойчивость. Для любого судна важно, когда на море качка, не перевернуться, а как ванька-встанька возвращаться в первоначальное положение из крена. Для погружения под воду небольшой бак заполняли водой, а для всплытия воду откачивали ручным насосом. Бак служил балластной цистерной. Субмарина приводилась в движение гребными винтами, которые вращал ногами подводник, нажимая на педали, как это делает велосипедист. На башенке была установлена труба, соединяющая внутреннюю полость с атмосферой. Следовательно, погружаться ниже этой трубы «Тартл» не могла. Субмарина была вооружена миной, начиненной 65 кг пороха, который поджигался запалом с помощью часового механизма. Предусматривалось, что подводник должен был приблизиться к стоящему вражескому кораблю, буравом просверлить отверстие в его деревянном днище и прикрепить к днищу мину, прикрепленную к бураву, затем запустить часовой механизм и отойти на безопасное расстояние. (См.7.Приложения Фото 13-14) 2.5.Огромный вклад в развитие подводного флота внес русский кораблестроитель, инженер, конструктор, изобретатель, предприниматель, путешественник, коллекционер - Степан Карлович Джевецкий, который прославился своими трудами в области судостроения, авиации и морской техники. Джевецкий является создателем первых боевых подводных лодок, оборудования и вооружения для них. Он разработал много нововведений: • использование водяного насоса для откачки воды • снабжение перископом • впервые снабдил свою лодку электродвигателем • вооружение лодки состояло из мины с резиновыми присосками и запалом, которое позволяло активировать мину в нужный момент. (См.7.Приложения Фото 15) 2.6.Первая в мире дизельная подводная лодка «Минога» была построена в России в Петербурге в 1908 году по проекту Ивана Григорьевича Бубнова. Длина «Миноги» — 32 м. Скорость под водой - 8, 5 км/ч. Вооружение - две торпеды. Она была взята на вооружение Балтийского флота. Дизельмоторы, изготовленные заводом «Людвиг Нобель» для «Миноги», имели очень важное новшество – реверсионное устройство, позволяющее лодке менять ход с переднего на задний, но, к сожалению, это было возможно только без нагрузки. Вооружение «Миноги» состояло из двух трубчатых внутренних торпедных аппаратов. На верхней палубе позади рубки был установлен пулемет. Экипаж «Миноги» насчитывал 22 человека, в том числе два офицера – командир лодки и его помощник. (См.7.Приложения Фото 16-18) 2.7.В дальнейшем конструкции подводных лодок претерпели много изменений. Лучшие достижения науки и техники были использованы для их усовершенствования, вплоть до установки на них атомных двигателей. (См.7.Приложения Фото 19-22) В Санкт-Петербурге открыт комплекс боевой подводной лодки Второй Мировой войны Д-2 "Народоволец", где можно походить по отсеками и узнать её устройство и условия жизни экипажа. Все отсеки подводной лодки, ее внешний облик воссозданы такими, какими они были в годы войны. Она состоит из прочного и легкого корпусов. Все основные агрегаты и механизмы расположены в прочном водонепроницаемом корпусе. На палубе надстройки размещено 100-мм орудие. Лодка установлена на бетонных киль-блоках и соединена со зданием берегового павильона. (См.7.Приложения Фото 23-26) 3. Механизм погружения и всплытия подводной лодки.  Попробуем разобраться в механизме погружения и всплытия подводной лодки с точки зрения физики. Как и всякое физическое тело, подводная лодка подчиняется закону Архимеда: тело, погруженное в воду, теряет в своем весе столько же, сколько весит вытесненный телом объем воды. На этом законе основано главное свойство любого корабля — его плавучесть, способность удерживаться на поверхности воды. Чтобы подводная лодка могла погружаться, всплывать или держаться под водой, она должна обладать способностью менять свою плавучесть. Это достигается очень простым способом — лодка оборудована специальными цистернами, которые, то заполняются водой, то вновь опорожняются. Для подводной лодки плавучесть бывает: Положительная – надо освободить цистерны от воды - лодка всплывет; Отрицательная - надо заполнить цистерны водой - лодка будет погружаться – опустится на дно; Нулевая - необходимо уравнять вес подводной лодки и вес вытесняемого ею объема воды – лодка будет «висеть» на любой глубине. Так как регулировка погружения с помощью цистерн никогда не может быть точной, то маневрирование лодки в плоскости достигается при помощи горизонтальных рулей. 4. Экспериментальное доказательство механизма погружения и всплытия подводной лодки. Подводная лодка погружается под воду при заполнении водой специальных камер — балластных цистерн. Когда же ей нужно всплыть, в цистерны нагнетается сжатый воздух, и вода вытесняется. Меняя количество воздуха в балластных цистернах, лодка меняет глубину погружения. Для доказательства данного механизма я решил провести опыт в домашних условиях. Представляю вашему вниманию. Возьмем две пластиковых бутылки, большую и маленькую, надувной шарик, шланг, резиновое кольцо и изоленту. (См.7.Приложения Фото 27) В маленькой бутылке сделаем много отверстий, диаметром 3-4 мм. (См.7.Приложения Фото 28) В пробке маленькой бутылки проделаем отверстие для шланга. (См.7.Приложения Фото 29) Вставим шланг и закрепим на нём надувной шарик. (См.7.Приложения Фото 30) После этого протолкнем шарик внутрь бутылки, закрутим пробку и закрепим шланг. (См.7.Приложения Фото 31) Теперь осталось только соединить обе бутылки изолентой. (См.7.Приложения Фото 32-33) Заполнили большую бутылку водой, и поместили в нее груз, в нашем случае были камушки, и опустили нашу «подводную лодку» в воду. Маленькая бутылка наполнилась водой и она легла на дно. «Подводная лодка» приобрела отрицательную плавучесть. (См.7.Приложения Фото 34) Чтобы наша модель всплыла, через шланг под давлением мы стали наполнять маленькую бутылку воздухом, и вода из нее стала выливаться. (См.7.Приложения Фото 35) И вот чудо, наша лодка всплыла на поверхность! «Подводная лодка» приобрела положительную плавучесть. (См.7.Приложения Фото 36) 5. Заключение  Наша гипотеза о том, что механизм погружения и всплытия подводной лодки можно показать в домашних условиях, оправдалась. В будущем я хотел бы провести опыт по доказательству нулевой плавучести. Я пробовал, но пока мне это не удалось.  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. Я считаю, что опыт моей работы будет интересен многим ребятам. Этот эксперимент может провести любой мой одноклассник, используя подручные бытовые предметы. Мой проект показал мне, что физика начинается с внимательности и любопытства к простым, привычным для нас предметам и состояниям. Спасибо за внимание. 6.Список источников 1. Интернет-сайт / Первая подводная лодка Корнелия Ван Дреббеля/http://live-trace.livejournal.com/15360.html; 2. Интернет-сайт / История подводного кораблестроения /https://ru.wikipedia.org 3. Интернет-сайт /Кто первый построил подводную лодку/http://www.seapeace.ru/submarines/first/361.html 4. Интернет-сайт / Подводная лодка Джевецкого /https://www.proza.ru/2014/06/19/405 5. Интернет-сайт /Русские подводные лодки/http://coollib.com/b/292338/read 6. Интернет-сайт/ Погружение и всплытие подводной лодки/ http://www.randewy.ru/nk/pogrpl.html 7. Интернет-сайт/ Подводная лодка/ http://wiki.wargaming.net/ru/Navy:%D0%9F%D0%BE%D0%B4%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BB%D0%BE%D0%B4%D0%BA%D0%B0 7. Приложения. Фото 1. Фото 2. Фото 3. Фото 4. Фото 5. Фото 6. Фото 7. Фото 8. Фото 9. Фото 10. Фото 11. Фото 12. Фото 13. Фото 14. Фото 15. Фото 16. Фото 17. Фото 18. Фото 19. Фото 20. Фото 21. Фото 22. Фото 23. Фото 24. Фото 25. Фото 26. Фото 27. Фото 28. Фото 29. Фото 30. Фото 31. Фото 32. Фото 33. Фото 34. Фото 35. Фото 36.

docslide.net

почему подводная лодка не тонет

  • Published on14-Apr-2017

  • View265

  • Download0

Transcript

муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 20 г. Минеральные Воды Исследовательский проект Тема: "Почему подводная лодка не тонет?" Автор работы: Гиричев Серафим 2 «б» класс Научный руководитель и консультант: Раевская Анна Георгиевна, учитель г. Минеральные Воды 2015-2016 уч.г. Оглавление.  1.Введение; 2. История развития подводного кораблестроения; 3. Механизм погружения и всплытия подводной лодки;  4. Экспериментальное доказательство механизма погружения и всплытия подводной лодки; 5.Заключение; 6. Список источников. 7.Приложения. 1.Введение. Я очень люблю строить корабли и потом пускать их на воду. Вместе с папой мы собираем модели парусников. (См.7.Приложения Фото 1-4) И он мне объяснил, что корабли не тонут, потому что воздух внутри корабля держит его на плаву. Закон Архимеда гласит, что на погруженное в воду тело действует сила, равная весу вытесненной им воды. Корабль вытесняет воды так много, что возникает большая выталкивающая сила, которая и держит его на плаву. Но способность держаться на плаву зависит также от плотности материала, из которого построено судно, то есть от отношения его массы к объему. Корпус корабля делают из металла (например, железа) — это тяжелый материал. Но внутри корабля находится заполненное воздухом полое пространство, поэтому средняя плотность корабля оказывается ниже плотности воды, и он не тонет. А потом по телевизору я увидел огромную подводную лодку с командой из десятков человек способные месяцами находиться под водой. И мне стало интересно, как же может подводная лодка погружаться в воду, свободно плавать и не тонуть? Объект исследования: подводная лодка Предмет исследования: механизм погружения и всплытия подводной лодки Методы исследования: - Беседы с взрослыми - Изучение научной  литературы - Работа с компьютером - Наблюдения - Проведение опытов, экспериментов Цель: экспериментальным путем обосновать механизм погружения и всплытия подводной лодки с точки зрения физики. Задачи: - узнать историю развития подводного кораблестроения - создать макет подводной лодки - объяснить механизм погружения и всплытия подводной лодки - опытным путем показать механизм погружения и всплытия подводной лодки Гипотеза исследования: Мы предположили, что как и всякое физическое тело, подводная лодка подчиняется закону Архимеда, то механизм её погружения и всплытия можно показать в домашних условиях. 2.История развития подводного кораблестроения.  2.1.Идея подводного судна уходит своими корнями в античные времена. Существуют предположения, что в IV веке до н. э. Александр Македонский использовал нечто принципиально похожее на водолазный колокол в разведывательных целях, о чём сохранились свидетельства на картинах более позднего времени. (См.7.Приложения Фото 5) 2.2.Первым успешно функционирующим подводным судном стала вёсельная подводная лодка голландского механика и физика начала XVII века Корнелия Ван-Дреббеля, построенная в Лондоне на реке Темзе, для 12 гребцов и 3 офицеров; хроника говорит, что сам король Иаков I был в числе этих офицеров. Его деревянная лодка представляла собой разновидность водолазного колокола, обтянутая снаружи промасленной кожей, могла перемещаться с помощью весел в подводном положении на небольшие расстояния .Судно могло находиться под водой несколько часов на глубине до 5 метров. Для поглощения испорченного дыханием воздуха изобретатель приготовлял жидкость, подробности рецепта которой не сохранились. (См.7.Приложения Фото 6-8) 2.3.В России 1718 года, плотник Ефим Никонов из подмосковного села Покровское подал челобитную царю Петру I, в которой он предложил проект «Потаенного судна», который фактически представлял собой проект первой отечественной подводной лодки. Спустя несколько лет, в 1724 году на Неве творение Никонова, было испытано, да неудачно, поскольку «при спуске у того судна повредилось дно». При этом Никонов едва не погиб в затопленной лодке и был спасен при личном участии самого Петра. За неудачу царь велел изобретателя не корить, а дать ему возможность исправить недочеты. Но вскоре Петр I умер, и в 1728 году Адмиралтейств-коллегия после очередных неудачных испытаний распорядилась работы над «потаенным судном» прекратить. Самого же малограмотного изобретателя сослали работать плотником на верфи в Астрахань. (См.7.Приложения Фото 9-12) 2.4.Первую подводную лодку, получившей военное применение, спроектировал школьный учитель в 1776 году в США Д. Бушнелл одноместную субмарину из дерева, обшитого листами меди. Ее яйцевидный корпус больше походил на бочку, но имел башенку с иллюминаторами, два винта в виде винтов Архимеда: один горизонтальный, другой вертикальный, и маленький руль. Ее назвали «Черепаха», по-английски — «Тартл». Снизу закрепили якорь и груз для устойчивости — в морской терминологии это называется остойчивость. Для любого судна важно, когда на море качка, не перевернуться, а как ванька-встанька возвращаться в первоначальное положение из крена. Для погружения под воду небольшой бак заполняли водой, а для всплытия воду откачивали ручным насосом. Бак служил балластной цистерной. Субмарина приводилась в движение гребными винтами, которые вращал ногами подводник, нажимая на педали, как это делает велосипедист. На башенке была установлена труба, соединяющая внутреннюю полость с атмосферой. Следовательно, погружаться ниже этой трубы «Тартл» не могла. Субмарина была вооружена миной, начиненной 65 кг пороха, который поджигался запалом с помощью часового механизма. Предусматривалось, что подводник должен был приблизиться к стоящему вражескому кораблю, буравом просверлить отверстие в его деревянном днище и прикрепить к днищу мину, прикрепленную к бураву, затем запустить часовой механизм и отойти на безопасное расстояние. (См.7.Приложения Фото 13-14) 2.5.Огромный вклад в развитие подводного флота внес русский кораблестроитель, инженер, конструктор, изобретатель, предприниматель, путешественник, коллекционер - Степан Карлович Джевецкий, который прославился своими трудами в области судостроения, авиации и морской техники. Джевецкий является создателем первых боевых подводных лодок, оборудования и вооружения для них. Он разработал много нововведений: • использование водяного насоса для откачки воды • снабжение перископом • впервые снабдил свою лодку электродвигателем • вооружение лодки состояло из мины с резиновыми присосками и запалом, которое позволяло активировать мину в нужный момент. (См.7.Приложения Фото 15) 2.6.Первая в мире дизельная подводная лодка «Минога» была построена в России в Петербурге в 1908 году по проекту Ивана Григорьевича Бубнова. Длина «Миноги» — 32 м. Скорость под водой - 8, 5 км/ч. Вооружение - две торпеды. Она была взята на вооружение Балтийского флота. Дизельмоторы, изготовленные заводом «Людвиг Нобель» для «Миноги», имели очень важное новшество – реверсионное устройство, позволяющее лодке менять ход с переднего на задний, но, к сожалению, это было возможно только без нагрузки. Вооружение «Миноги» состояло из двух трубчатых внутренних торпедных аппаратов. На верхней палубе позади рубки был установлен пулемет. Экипаж «Миноги» насчитывал 22 человека, в том числе два офицера – командир лодки и его помощник. (См.7.Приложения Фото 16-18) 2.7.В дальнейшем конструкции подводных лодок претерпели много изменений. Лучшие достижения науки и техники были использованы для их усовершенствования, вплоть до установки на них атомных двигателей. (См.7.Приложения Фото 19-22) В Санкт-Петербурге открыт комплекс боевой подводной лодки Второй Мировой войны Д-2 "Народоволец", где можно походить по отсеками и узнать её устройство и условия жизни экипажа. Все отсеки подводной лодки, ее внешний облик воссозданы такими, какими они были в годы войны. Она состоит из прочного и легкого корпусов. Все основные агрегаты и механизмы расположены в прочном водонепроницаемом корпусе. На палубе надстройки размещено 100-мм орудие. Лодка установлена на бетонных киль-блоках и соединена со зданием берегового павильона. (См.7.Приложения Фото 23-26) 3. Механизм погружения и всплытия подводной лодки.  Попробуем разобраться в механизме погружения и всплытия подводной лодки с точки зрения физики. Как и всякое физическое тело, подводная лодка подчиняется закону Архимеда: тело, погруженное в воду, теряет в своем весе столько же, сколько весит вытесненный телом объем воды. На этом законе основано главное свойство любого корабля — его плавучесть, способность удерживаться на поверхности воды. Чтобы подводная лодка могла погружаться, всплывать или держаться под водой, она должна обладать способностью менять свою плавучесть. Это достигается очень простым способом — лодка оборудована специальными цистернами, которые, то заполняются водой, то вновь опорожняются. Для подводной лодки плавучесть бывает: Положительная – надо освободить цистерны от воды - лодка всплывет; Отрицательная - надо заполнить цистерны водой - лодка будет погружаться – опустится на дно; Нулевая - необходимо уравнять вес подводной лодки и вес вытесняемого ею объема воды – лодка будет «висеть» на любой глубине. Так как регулировка погружения с помощью цистерн никогда не может быть точной, то маневрирование лодки в плоскости достигается при помощи горизонтальных рулей. 4. Экспериментальное доказательство механизма погружения и всплытия подводной лодки. Подводная лодка погружается под воду при заполнении водой специальных камер — балластных цистерн. Когда же ей нужно всплыть, в цистерны нагнетается сжатый воздух, и вода вытесняется. Меняя количество воздуха в балластных цистернах, лодка меняет глубину погружения. Для доказательства данного механизма я решил провести опыт в домашних условиях. Представляю вашему вниманию. Возьмем две пластиковых бутылки, большую и маленькую, надувной шарик, шланг, резиновое кольцо и изоленту. (См.7.Приложения Фото 27) В маленькой бутылке сделаем много отверстий, диаметром 3-4 мм. (См.7.Приложения Фото 28) В пробке маленькой бутылки проделаем отверстие для шланга. (См.7.Приложения Фото 29) Вставим шланг и закрепим на нём надувной шарик. (См.7.Приложения Фото 30) После этого протолкнем шарик внутрь бутылки, закрутим пробку и закрепим шланг. (См.7.Приложения Фото 31) Теперь осталось только соединить обе бутылки изолентой. (См.7.Приложения Фото 32-33) Заполнили большую бутылку водой, и поместили в нее груз, в нашем случае были камушки, и опустили нашу «подводную лодку» в воду. Маленькая бутылка наполнилась водой и она легла на дно. «Подводная лодка» приобрела отрицательную плавучесть. (См.7.Приложения Фото 34) Чтобы наша модель всплыла, через шланг под давлением мы стали наполнять маленькую бутылку воздухом, и вода из нее стала выливаться. (См.7.Приложения Фото 35) И вот чудо, наша лодка всплыла на поверхность! «Подводная лодка» приобрела положительную плавучесть. (См.7.Приложения Фото 36) 5. Заключение  Наша гипотеза о том, что механизм погружения и всплытия подводной лодки можно показать в домашних условиях, оправдалась. В будущем я хотел бы провести опыт по доказательству нулевой плавучести. Я пробовал, но пока мне это не удалось.  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. Я считаю, что опыт моей работы будет интересен многим ребятам. Этот эксперимент может провести любой мой одноклассник, используя подручные бытовые предметы. Мой проект показал мне, что физика начинается с внимательности и любопытства к простым, привычным для нас предметам и состояниям. Спасибо за внимание. 6.Список источников 1. Интернет-сайт / Первая подводная лодка Корнелия Ван Дреббеля/http://live-trace.livejournal.com/15360.html; 2. Интернет-сайт / История подводного кораблестроения /https://ru.wikipedia.org 3. Интернет-сайт /Кто первый построил подводную лодку/http://www.seapeace.ru/submarines/first/361.html 4. Интернет-сайт / Подводная лодка Джевецкого /https://www.proza.ru/2014/06/19/405 5. Интернет-сайт /Русские подводные лодки/http://coollib.com/b/292338/read 6. Интернет-сайт/ Погружение и всплытие подводной лодки/ http://www.randewy.ru/nk/pogrpl.html 7. Интернет-сайт/ Подводная лодка/ http://wiki.wargaming.net/ru/Navy:%D0%9F%D0%BE%D0%B4%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BB%D0%BE%D0%B4%D0%BA%D0%B0 7. Приложения. Фото 1. Фото 2. Фото 3. Фото 4. Фото 5. Фото 6. Фото 7. Фото 8. Фото 9. Фото 10. Фото 11. Фото 12. Фото 13. Фото 14. Фото 15. Фото 16. Фото 17. Фото 18. Фото 19. Фото 20. Фото 21. Фото 22. Фото 23. Фото 24. Фото 25. Фото 26. Фото 27. Фото 28. Фото 29. Фото 30. Фото 31. Фото 32. Фото 33. Фото 34. Фото 35. Фото 36.

docslide.us

Парадокс субмарины объясняет, почему подводные лодки не тонут • Фактрум

Как работает принцип относительности в морских глубинах

Джим Саппли впервые задумался о новом применении теории относительности, когда был аспирантом, но занялся этим несколькими годами позже, уже будучи профессором. Давайте предположим, что подводная лодка имеет точно такую же плотность, как и вода вокруг неё, поэтому она имеет нейтральную плавучесть: не тонет и не всплывает, а двигаться её заставляют моторы.

Джим Саппли

Когда что-то движется с высокой скоростью (по отношению к наблюдателю), эффекты относительности заставляют объект зрительно стать короче. С точки зрения человека, сидящего на дне моря, подводная лодка плотнее окружающей её воды, и поэтому она тонет. С другой стороны, с точки зрения подводников, субмарина остается неподвижной, а вода обтекает её. Таким образом, вода плотнее лодки, и поэтому лодка всплывает.

Согласно парадоксу субмарины, подводная лодка погружается на дно не потому, что она плотнее воды, а из-за того, что специальная теория относительности заставляет размеры океана измениться. Морское дно кажется искривлённым кверху, так что подводная лодка, двигаясь по прямой, уткнётся в дно.

Джордж Матсас

Другой физик, Джордж Матсас, согласен с выводами, но использует другой принцип. Матсас утверждает, что, хотя из-за специальной теории относительности вода кажется подводникам плотнее лодки, общая теория относительности этому противоречит: подводная лодка будет тонуть из-за сверхмощных гравитационных сил и действительно уткнётся в дно. Мораль в том, если бы Вселенная была морем, любые звездолёты в конечном итоге погрузились бы на дно.

Понравился пост? Поддержи Фактрум, нажми:

www.factroom.ru