Народна Освіта » Фізика » § 49. Судноплавство. повітроплавання

НАРОДНА ОСВІТА

§ 49. Судноплавство. повітроплавання

Плавання суден. З давніх-давен люди використовували ріки, озера, моря як шляхи сполучення. Водні шляхи й сьогодні залишаються найзручнішим і найдоступнішим видом сполучення. Щодня морські й річкові судна доставляють у порти мільйони тон вантажів і перевозять сотні тисяч пасажирів.

Як плавають судна? Адже їх корпуси виготовляють зі сталі, алюмінію й навіть залізобетону, густина яких більша за густину води. Проведіть простенький дослід. Візьміть шматок пластиліну й вкиньте його в посудину з водою. Пластилін тоне, бо його густина більша, ніж густина води. Дістаньте пластилін з води, розімніть і зробіть з нього тонку пластинку. Надайте їй форми човника. Якщо його опустити на воду, він трохи зануриться, але триматиметься на поверхні. Так само човен (корабель), виготовлений з розкатаного в лист заліза, буде плавати на воді. Човен (судно) плаває на поверхні води тоді, коли сила Архімеда дорівнює силі тяжіння, що діє на човен.

Будь-яке тіло, поступово занурюючись у воду, зазнає дії виш-товхувальної сили, яка зростає зі збільшенням тієї його частини, яка знаходиться під водою. Суцільний шматок заліза чи пластиліну, повністю занурені у воду, витискають певний її об’єм. Проте вага витиснутої ними води менша за силу тяжіння, що діє на тіла. Тому суцільні металеві тіла тонуть (мал. 3.138, а).

Якщо тій самій масі заліза (тілу) надати такої форми, завдяки якій витискатиметься значно більший об’єм води, то під час занурення у воду настане момент, коли виштовхувальна сила буде достатньою, щоб утримати його на плаву (мал. 3.138, б), ще й залишається деякий “запас плавучості”. Вага витісненої води судном, що плаває, дорівнює силі тяжіння, яка діє на судно. Тому маса води, яку витискає судно, дорівнює його масі. У судноплавстві масу води, яку витискає судно, називають водотоннажністю судна.

Судно не тільки повинно саме триматися на плаву. Воно призначене для перевезення вантажів і пасажирів. Під час будівництва суден їх водотоннажність визначають з урахуванням маси усіх вантажів, машин і механізмів, які на ньому можуть знаходитися. Крім того, слід враховувати, що судно не має затонути в штормову погоду, коли на нього накочуються велетенські хвилі й вода потрапляє на палубу, а то й у трюми. Тому значна частина корпусу судна повинна залишатися над водою (у судна має бути достатній запас плавучості). Допустимий рівень занурення судна позначають на ньому спеціальною лінією — ватерлінією. Як правило, частину корпусу судна, яка знаходиться нижче від ватерлінії, фарбують у червоний або зелений колір.

Глибину занурення судна називають осадкою. Для контролю осадки в передній (носовій) та задній (кормовій) частинах корпусу судна наносять марки занурення (мал. 3.139, а). Об’єм корпусу судна, що залишається над водою, залежить від висоти надводного борту і визначає запас його плавучості.

Морськими правилами заборонено завантажувати судно понад певні норми. Густина води в різних частинах світового океану різна, тому залежно від району плавання судно може завантажуватися по-різному. Для контролю завантаженості судна на його корпусі малюють вантажну марку, яка вказує

допустиму глибину занурення під час плавання в різних місцях світового океану (мал. 3.139, б)

Щоб в аварійних ситуаціях, коли корпус пошкоджується, судно не потонуло, його всередині розділяють водонепроникними вертикальними переділками та горизонтальними палубами на окремі частини — відсіки. Якщо виникає пробоїна, вода за-

повнює лише той чи інший відсік, не поширюючись по всьому корпусу.

На мал. 3.140 ви бачите найбільше із збудованих у світі суден — танкер довжиною 414 м. При повному завантаженні 555 000 т його осадка становила 28,5 м.

Вивчення океанських глибин вимагало особливих наукових і конструкторських рішень щодо засобів, за допомогою яких людина змогла б проникати на великі глибини. Із зануренням на кожні 10 м під воду тиск збільшується приблизно на 100 000 Па порівняно з атмосферним тиском.

Судна, які плавають під водою, називають підводними човнами. Сучасні підводні човни (мал. 3.141) можуть плавати на глибині понад 300—400 м. Міцний корпус підводного човна здатний витримати тиск до 100 разів більший за атмосферний. Для занурення човна під воду використовують спеціальні баластні цистерни. Якщо цистерни заповнені водою, вага човна перевищує виштовхувальну силу, яка діє на нього, човен втрачає запас плавучості й занурюється під воду. Для підняття на поверхню у цистерни подається стиснене повітря, яке витискає з них воду, і човен спливає.

Повітроплавання. Подолання сили тяжіння Землі, підняття до хмар, використання повітряного океану для подорожей і перевезення вантажів приваблювали людей здавна. Спостереження за підняттям угору потоків нагрітого повітря породили ідею створення повітряних куль, наповнених теплим повітрям. Саме на такій кулі, виготовленій братами Монгольф’є, 21 листопада 1783 р. було здійснено перший успішний політ людини. Побудована ними куля мала висоту 22,7 м і діаметр 15 м (мал. 3.142). У нижній її частині кріпилася кільцева галерея, розрахована на двох осіб. Під отвором оболонки в середині галереї було підвішено жаровню, де спалювали подрібнену солому, тепло від якої підігрівало повітря всередині кулі. Перший політ тривав 25 хв. За цей час повітряна куля подолала 9 км і успішно приземлилася. З того часу повітряні кулі, які піднімаються угору на підігрітому повітрі, називають монгольф’єрами.

Французький фізик Жак Шарль вважав, що більш ефективним є використання в повітряних кулях не теплого повітря, а легких газів, зокрема водню. 1 грудня 1783 р. Ж. Шарль здійснив перший політ на аеростаті, заповненому воднем. Аеростати й сьогодні з успіхом використовуються для дослідження атмосфери.

Монгольф’єри і аеростати некеровані, вони рухаються в повітрі під впливом вітру.

У XIX ст. з’явилися нові літальні апарати — дирижаблі (від франц. dirigeable — керований). Дирижабль (мал. 3.143) — складніший апарат, хоч в основу його будови покладено саме аеростат. Головна відмінність полягає у формі та керованості. Оболонка дирижабля має обтічну форму. Обтічний корпус дає змогу розвивати досить значні швидкості і летіти у потрібному напрямку. Під корпусом підвішують гондолу з приміщеннями для пасажирів та вантажів. Дирижаблю надають руху за допомогою гвинтів, які обертають двигуни. Дирижаблі найчастіше наповнюють гелієм, який хоч і важчий у 4 рази за водень, проте не є займистим. Вантажопідйомність дирижабля залежить від внутрішнього об’єму оболонки і може досягати сотень тон. Сучасні дирижаблі розвивають швидкість до 200 км/год, можуть перевозити за рейс сотні людей, забезпечуючи їм під час подорожі комфортні умови.

Якщо на тіло не діють інші тіла, або дії усіх інших тіл урівноважуються, тіло зберігає стан спокою, або рухається рівномірно й прямолінійно.

Властивість тіл зберігати свою швидкість і змінювати її тільки унаслідок взаємодії з іншими тілами називають інерцією (інертністю).

Маса — фізична величина, яка чисельно характеризує інерційні властивості тіл. У скільки разів більша маса тіла, у стільки ж разів менше змінюється його швидкість під час взаємодії:

Фізичну величину, яка чисельно характеризує дію одного тіла на інше під час їх взаємодії, називають силою.

Сила визначається числовим значенням, напрямком і точкою прикладання.

Силу, під дією якої тіло рухається так само, як і під дією кількох одночасно прикладених сил, називають рівнодійною цих сил.

Рівнодійна сил, що діють в одному напрямку уздовж однієї прямої, дорівнює сумі цих сил і має той самий напрямок:

Рівнодійна сил, що діють уздовж однієї прямої у протилежних напрямках, дорівнює їх різниці й направлена у бік більшої сили:

Сили, з якими взаємодіють два тіла, мають однакову природу та значення, протилежні за напрямком, прикладені до різних тіл і діють уздовж однієї прямої.

Земля діє на всі тіла із силою, яка називається силою земного тяжіння:

Силу, з якою тіло внаслідок притягання до Землі розтягує підвіс або діє на горизонтальну опору, називають вагою тіла.

Силу, яка виникає в пружно-деформованому тілі і направлена проти напрямку зміщення частинок тіла, називають силою пружності. Сила пружності, що виникає в пружно деформованому тілі, прямо пропорційна його видовженню:

Силу, яка перешкоджає рухові одного тіла по поверхні іншого і направлена проти напрямку руху, називають силою тертя.

Силу тертя, яка виникає під час ковзання одного тіла по поверхні іншого і направлена проти напрямку швидкості, називають силою тертя ковзання:

Якщо поверхня горизонтальна, то N = P = mg.

Тиском називають фізичну величину, яка дорівнює відношенню сили, що діє перпендикулярно до поверхні, до площі цієї поверхні:

Тиск у рідинах, зумовлений їх вагою, називають гідростатичним тиском:

Тиск, який діє на рідину або газ, що знаходяться в закритій посудині, передається в кожну точку рідини або газу без змін.

На тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила — сила Архімеда. Сила Архімеда, з якою рідина діє на занурене в неї тіло, дорівнює вазі витісненої тілом рідини:

 

 

Це матеріал з підручника Фізика 7 клас Бойко, Венгер, Мельничук.

 

Категорія: Фізика

Автор: admin от 5-01-2016, 22:05, посмотрело: 14752