Công tác nghiên cứu ở trường tiểu học về chủ đề “Tại sao tàu không chìm? Tại sao tàu không chìm?

Như bạn đã biết, tàu được làm bằng kim loại và chúng rất nặng. Những chiếc đinh sắt cũng được làm từ kim loại, so với tàu thì chúng nhẹ nhưng lại chìm xuống đáy. MỘT tại sao tàu không chìm?

Định luật Archimedes đang có hiệu lực. Nghịch lý của Archimedes

Để giải thích hiện tượng này cần phải hiểu rõ về Định luật Archimedes: một vật nhúng trong chất lỏng (hoặc chất khí) chịu một lực nổi bằng trọng lượng của chất lỏng (hoặc chất khí) trong thể tích của vật đó.Để xác minh tác dụng của lực nổi, việc ngâm mình trong bồn tắm đầy nước là đủ. Cơ thể sẽ đẩy một phần nước lên trên và nó sẽ tràn ra sàn. Nói cách khác, khi một cơ thể vật lý ngâm trong nước, nó sẽ nhường chỗ cho chính mình bằng cách đẩy một phần nước ra ngoài. Và nước lần lượt đẩy cơ thể lên trên. Những con tàu rất nặng nhưng thân tàu có khoảng trống lớn, cách đều nhau chứa đầy không khí, nhẹ hơn nước. Kết quả là trọng lượng của nước mà tàu đẩy ra lớn hơn trọng lượng của chính nó. Vì thế con tàu sẽ không chìm cho đến khi bị quá tải và trở nên nặng hơn lượng nước mà nó đẩy ra ngoài. Nhân tiện, những căn phòng trống giúp con tàu không bị chìm ngay cả khi thân tàu bị thủng một lỗ dưới mực nước. Điều này có thể thực hiện được do các khoảng trống này được ngăn cách với nhau bằng các vách ngăn dày. Ngay cả khi nước lấp đầy hoàn toàn một khoang, phần còn lại sẽ vẫn ở trạng thái tương tự.

Do đó, trong trường hợp tàu, lực nổi bằng trọng lượng của nước tính theo thể tích của phần tàu chìm trong nước. Nếu lực này lớn hơn trọng lượng của con tàu thì nó sẽ nổi. Nhân tiện, nghịch lý Archimedes phát biểu rằng một vật có thể nổi trong một thể tích nước nhỏ hơn thể tích của chính vật đó nếu mật độ trung bình của nó nhỏ hơn mật độ của nước. Biểu hiện của nghịch lý này là một vật thể có khối lượng lớn (tức là một thiết bị bơi lội) có thể nổi trong một thể tích nước nhỏ hơn nhiều so với thể tích của chính vật thể đó.

Khái niệm chuyển vị và đường nước

Con tàu không chìm vì không giống như cái đinh, nó có độ dịch chuyển. Sự dịch chuyển- đây là lượng (trọng lượng hoặc thể tích) nước bị chiếm chỗ bởi phần dưới nước của thân tàu. Khối lượng của lượng nước này bằng trọng lượng của toàn bộ bình, bất kể kích thước, chất liệu và hình dạng của nó.

Như bạn đã biết, tàu được thiết kế để vận chuyển người và hàng hóa. Nếu nó trống rỗng thì trọng lượng của nó là tối thiểu, và do đó nó ít "lắng đọng" nhất trên biển. Một con tàu chở hàng chìm sâu hơn trong nước. Với tải trọng tăng lên, việc ngâm mình quá nhiều trong nước sẽ dẫn đến lũ lụt - tàu sẽ chìm dưới nước và chết đuối. Vì vậy, trên cơ thể có dòng nước - một đường ngang đặc biệt ở phía ngoài của mặt bên mà tàu thủy lớn chìm trong nước ở mức mớn nước bình thường. Thông thường, con tàu phía trên nó được sơn một màu, và bên dưới nó là một màu khác. Nếu mực nước bắt đầu chìm xuống, điều này cho thấy tàu bị quá tải hoặc có lỗ thủng. Mặt khác, một con tàu trống không được quá nhẹ, vì trong trường hợp này phần dưới nước của nó sẽ quá nhỏ so với bề mặt. Tình trạng này còn nguy hiểm: gió và sóng có thể làm lật thuyền.

Ngày nay, có nhiều cảm biến để xác định độ sâu của chuyến lặn. Và đường nước chỉ là phương tiện phụ trợ để xác định khả năng sử dụng và hoạt động chính xác của tàu.

Vì vậy, tàu sắt được thiết kế và chế tạo sao cho khi chìm chúng sẽ choán chỗ một lượng nước có trọng lượng bằng trọng lượng của chúng khi chất đầy.

Tương tự quả bóng sắt

Người ta cũng có thể tưởng tượng một lời giải thích từ quan điểm về mối quan hệ vật lý giữa khối lượng, thể tích và mật độ. Những vật có khối lượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của nước nổi tự do trên bề mặt. Như đã biết, mật độ tỷ lệ nghịch với thể tích và tỷ lệ thuận với khối lượng, được phản ánh bởi công thức ρ=m/v. Nghĩa là, với khối lượng cơ thể không đổi, để giảm mật độ, cần phải tăng thể tích của nó một cách tương ứng. Câu lệnh cuối cùng có thể được trình bày bằng ví dụ sau.

Một quả cầu sắt chìm trong nước vì nó có khối lượng rất lớn nhưng thể tích nhỏ. Nếu quả bóng này được ép phẳng thành một tấm mỏng, và tấm đó được làm thành một quả bóng lớn, bên trong trống rỗng thì trọng lượng sẽ không tăng mà thể tích sẽ tăng lên đáng kể, đó là lý do khiến quả bóng sắt sẽ nổi.

Bên trong con tàu có nhiều phòng trống, chứa đầy không khí và mật độ trung bình của nó nhỏ hơn đáng kể so với mật độ của nước. Vì vậy, sẽ rất nguy hiểm cho con tàu nếu các lỗ chứa đầy nước - nước nặng hơn không khí - điều này sẽ dẫn đến sự mất cân bằng giữa trọng lượng của con tàu và thể tích của nó - và nó sẽ chìm.

Điều thú vị là ở các tàu chở dầu hầu như không có phòng trống có không khí, vì bản thân dầu có mật độ nhỏ hơn nước. Xe chở gỗ cũng vậy. Vì vậy, các tàu chở dầu và chở gỗ được chất đầy tải nên không cần đến không khí. Và các tàu như tàu chở hàng rời chở kim loại và quặng sắt cần rất nhiều không gian trống.

Trong sơ đồ: 1 – Lực giữ cho tàu nổi; 2 – Áp lực nước trên tàu.

Do đó, tác dụng của lực nổi trước hết phụ thuộc vào thể tích của tàu và thứ hai là vào mật độ của nước mà tàu nổi trong đó.

Lực này càng lớn thì thể tích của vật chìm càng lớn.

Sau vật lý - một chút thơ

Con tàu và những con sóng

Có bão trên biển, đợt sóng thứ chín
Và sóng ập vào tàu.

Anh bơi một mình, không biết rắc rối,
Và sóng nhanh chóng đuổi kịp.

Một khoảnh khắc nữa, và hai -
Và chỉ có nước trong tàu.

Anh dần dần đi xuống
Và biến mất dưới biển, anh ta chìm...

Và gió nổi lên trong một thời gian dài,
Anh ta đã trút bỏ cơn thịnh nộ của thiên nhiên.

Nhưng cuối cùng sóng cũng dịu đi,
Thiên nhiên lại vui vẻ trở lại.

Nhưng mọi người sẽ không cười nữa
Tim họ sẽ không còn đập nữa...

Mọi thứ đều tĩnh lặng, phẳng lặng như gương,
Nhưng không có người, không có tàu...

/L. Sh., 1991/

Tàu có thể bay được không?

Thủy phi cơ di chuyển trên mặt nước nhưng không chìm như những con tàu thông thường. Chúng trôi nổi trên một lớp không khí nâng con tàu lên trên mặt nước. Một con tàu như vậy có thể di chuyển không chỉ trên mặt nước mà còn trên đất liền.

Cách tàu ngầm lặn và nổi

Tàu ngầm có các thùng đặc biệt chứa đầy nước khi chìm. Trọng lượng của thuyền tăng lên, nặng hơn nước và chìm xuống. Khi đi lên, bể chứa đầy không khí, làm thay thế nước. Điều này được thể hiện dưới dạng sơ đồ trong hình trên.

Bộ đồ lặn vụng về này được phát minh cách đây hơn 200 năm. Không khí cho thợ lặn thoát ra từ bề mặt thông qua một ống dài.

Như vậy, nhờ không khí nhẹ hơn nước nên người ta có thể điều khiển được việc ngâm các vật thể trong nước. Sự chuyển động của tàu ngầm dựa trên nguyên tắc này và vì lý do này mà tàu không bị chìm.

nặng hơn nước và chế tạo khí cầu và bóng bay có thể bay lơ lửng trong không trung. Áo phao được bơm căng nên giúp con người có thể nổi trên mặt nước.

Tại sao mọi thứ lại trôi nổi?

Nếu bạn nhúng một vật vào trong nước, nó sẽ chiếm chỗ một phần nước. Cơ thể chiếm lại vị trí trước đây là nước và mực nước dâng cao. Theo truyền thuyết, một nhà khoa học Hy Lạp cổ đại (287 - 212 TCN), khi đang tắm đã đoán rằng một vật chìm trong nước sẽ chiếm một thể tích nước bằng nhau. Một bản khắc thời Trung cổ mô tả khám phá của Archimedes. Lực do nước đẩy vật chìm trong nước ra gọi là lực lực nổi. Khi bằng trọng lượng của vật thì vật nổi và không chìm. Khi đó trọng lượng của vật bằng trọng lượng của phần nước bị nó chiếm chỗ. Chú vịt con bằng nhựa rất nhẹ nên chỉ cần một lực đẩy nhỏ là đủ để giữ chú vịt trên bề mặt. Lực hướng xuống (trọng lượng cơ thể) phụ thuộc vào mật độ của cơ thể. Mật độ là tỷ lệ khối lượng của cơ thể với thể tích của nó. Một quả bóng thép nặng hơn một quả táo có cùng kích thước vì nó đặc hơn. Các hạt vật chất trong quả bóng được nén chặt hơn. Quả táo có thể nổi trong nước nhưng quả cầu thép lại chìm.

Để một vật không bị chìm, mật độ của nó phải nhỏ hơn mật độ của nước. Nếu không, việc đẩy nước ra không đủ để giữ cơ thể nổi trên mặt nước. Mật độ tương đối của một vật thể là mật độ của nó so với mật độ của nước. Mật độ tương đối của nước bằng 1, nghĩa là nếu mật độ tương đối của một vật lớn hơn 1 thì nó sẽ chìm và nếu nhỏ hơn thì nó sẽ nổi.

Định luật Archimedes

Định luật Archimedes phát biểu rằng lực nổi bằng trọng lượng của chất lỏng bị chiếm chỗ bởi vật nhúng trong nó. Nếu lực nổi nhỏ hơn trọng lượng của vật thì vật chìm, nếu lực nổi bằng trọng lượng của vật thì vật nổi.

Thuyền buồm ra khơi như thế nào

Ngày nay, tàu được làm bằng thép, đặc hơn nước 8 lần. Tàu không chìm vì mật độ tổng thể của chúng nhỏ hơn mật độ của nước. Con tàu không phải là một khối thép rắn chắc (xem thêm về thép trong bài viết ““). Nó có nhiều khoang nên trọng lượng của nó được phân bố trên một không gian rộng, dẫn đến mật độ tổng thể thấp. Sea Giant là một trong những con tàu lớn nhất thế giới, nặng 564.733 tấn. Do kích thước lớn nên lực nổi của nó rất cao.

Nếu bạn muốn xem lực nổi hoạt động như thế nào, hãy thả một quả bóng đất sét vào một bình nước. Anh ta sẽ chết đuối và mực nước sẽ dâng cao. Đánh dấu mực nước mới bằng bút dạ. Bây giờ hãy nặn một chiếc thuyền từ cùng một loại đất sét và cẩn thận hạ nó xuống nước. Như bạn có thể thấy, nước thậm chí còn dâng cao hơn. Thuyền chiếm nhiều nước hơn quả bóng, nghĩa là lực nổi lớn hơn.

dòng tải

Đường tải là những đường được vẽ ở mạn tàu. Chúng cho thấy một con tàu có thể chở bao nhiêu hàng hóa trong những điều kiện nhất định. Vì vậy, vì nước lạnh đặc hơn nước ấm nên nó đẩy con tàu mạnh hơn. Điều này có nghĩa là tàu có thể chở thêm hàng hóa. Nước mặn đặc hơn nước ngọt nên tàu phải chở ít hàng hơn ở nước ngọt. Tem vận chuyển hàng hóa được phát minh bởi Samuel Plimsoll (1824-1898). Khi tàu được ngâm trong nước đến vạch thích hợp (xem hình) thì tàu được coi là chở đầy tải. Ý nghĩa của các ký hiệu chữ cái: TF - vùng nhiệt đới nước ngọt, SF - nước ngọt vào mùa hè, T - vùng nhiệt đới nước mặn, S - nước mặn vào mùa hè, W - nước mặn vào mùa đông, WNA - Bắc. Đại Tây Dương vào mùa đông.

Hàng không

Các vật thể có thể bay cũng giống như lý do chúng nổi trong nước. Chúng bị tác động bởi lực đẩy của không khí. Mật độ không khí thấp đến mức rất ít vật thể có thể trôi nổi trong đó. Ví dụ, đây là những hình trụ chứa không khí nóng, nhẹ hơn không khí lạnh. Bóng bay cũng có thể chứa đầy khí heli hoặc các loại khí khác nhẹ hơn không khí.

Tàu và thuyền

Ngày xửa ngày xưa, thuyền bè trôi nổi, tuân theo sức gió hay sức mạnh cơ bắp của con người. Việc sáng tạo này cho phép các công ty đóng tàu sử dụng chân vịt để đẩy tàu qua nước. Gần đây, tàu cánh ngầm đã xuất hiện. Vương quốc Anh (đóng năm 1843) là con tàu sắt đầu tiên có chân vịt. Nó được cung cấp bởi một động cơ hơi nước. Con tàu cũng được trang bị buồm. Tàu container vận chuyển hàng hóa trong các hộp kim loại lớn. Chúng có thể nhanh chóng được chất lên tàu và dỡ xuống bằng cần cẩu. Một con tàu có thể chở tới 2000 container. Tàu chở dầu cũng vận chuyển các chất lỏng khác trong các bồn chứa nằm trong hầm của họ. Một số tàu chở dầu dài hơn sân quần vợt 20 lần.

Volkov Alexander

Công trình nghiên cứu này của một học sinh lớp 1 nhằm tìm hiểu lý do vì sao tàu không chìm.

Tải xuống:

Xem trước:

ỦY BAN GIÁO DỤC

.

HÀNH CHÍNH QUẬN THÀNH PHỐ "THÀNH PHỐ KALININGRAD"

MAOU Lyceum số 17

Hội thảo khoa học và thực tiễn sinh viên Lyceum

"Nhận thức và sáng tạo"

“Tại sao con tàu không chìm?”

Nghiên cứu

Volkov Alexander,

học sinh lớp 1B

MAOU Lyceum số 17

Kaliningrad

Người giám sát

Skapets Tatyana Vladimirovna

Kaliningrad, 2014

Mục tiêu : hiểu tại sao tàu không chìm.

Nhiệm vụ:

1. tìm ra vật nào chìm và vật nào không,
2. tìm hiểu mật độ là gì,
3. tìm hiểu lực nổi của các chất là gì,
4. tìm hiểu những điều kiện cần thiết để tàu có thể ra khơi.

Phương pháp nghiên cứu: thí nghiệm, quan sát.

Ý nghĩa thực tiễn: kết quả nghiên cứu sẽ cho phép bạn tìm hiểu thêm về thế giới xung quanh và giúp ích trong cuộc sống hàng ngày

Tôi từng nhận thấy rằng một số vật chìm trong nước, còn những vật khác thì không. Ví dụ, một hòn đá ném xuống nước sẽ lập tức chìm xuống đáy, nhưng một mảnh gỗ sẽ nổi lên, hoặc một chiếc đinh nhỏ sẽ chìm, nhưng một con tàu lớn thì không. Tôi tự hỏi tại sao điều này lại xảy ra.

1. Liệu anh ta có chết đuối hay không?

Để biết vật nào chìm và vật nào không, chúng ta hãy tiến hành một thí nghiệm.

Thí nghiệm số 1 “Bạn có chết đuối hay không?”

Chúng ta sẽ cần : Thùng chứa nước, các hạng mục cần kiểm tra.

Tiến trình thí nghiệm: Chúng tôi hạ từng vật phẩm thử nghiệm vào một thùng chứa nước và quan sát điều gì sẽ xảy ra.

Phần kết luận: Có những vật nặng hơn nước thì chìm xuống, có những vật nhẹ hơn nước thì nổi lên.

1. Mật độ của các chất.

Mật độ của một chất là giá trị cho biết khối lượng được chứa trong một đơn vị thể tích của một chất nhất định.

Hãy tưởng tượng một kg bông gòn. Và ngay lập tức một cục u khá lớn sẽ xuất hiện trước mắt bạn. Một kg sắt trông khá nhỏ gọn. Tại sao những cơ thể này có khối lượng khác nhau như vậy? Đó là vấn đề về mật độ của vật chất.

Tất cả các chất đều bao gồm những quả bóng nhỏ - nguyên tử và hợp chất của chúng - phân tử. Các nguyên tử càng gần nhau thì chất đó càng đậm đặc.

Thí nghiệm tiếp theo sẽ cho chúng ta thấy mật độ của các chất có thể thay đổi.

Thí nghiệm số 2: “Mật độ nước”

Chúng ta sẽ cần : một ly nước sạch (một phần), một quả trứng sống và muối.

Tiến trình thí nghiệm: Đặt một quả trứng vào ly, nếu trứng còn tươi, nó sẽ chìm xuống đáy.

Bây giờ hãy cẩn thận đổ muối vào ly và quan sát quả trứng bắt đầu nổi lên.

Tại sao chuyện này đang xảy ra? Trong quả trứng có một túi khí và khi mật độ chất lỏng thay đổi, quả trứng sẽ nổi lên mặt nước như một chiếc tàu ngầm.

Phần kết luận: Sử dụng muối chúng tôi đã thay đổi mật độ của nước. Muối hòa tan trong nước: các phân tử nước và muối trộn lẫn với nhau và mật độ của nước cao hơn mật độ của trứng⇒ quả trứng nổi lên trên mặt nước.

Chúng ta cũng có thể rút ra kết luận về điều kiện trôi nổi của các vật thể:

1. Nếu mật độ của một vật bằng mật độ của chất lỏng thì vật đó nổi ở bất kỳ độ sâu nào trong chất lỏng.
2. Nếu mật độ của vật lớn hơn mật độ của chất lỏng thì vật chìm trong chất lỏng.
3. Nếu khối lượng riêng của vật nhỏ hơn khối lượng riêng của chất lỏng thì vật nổi.

1. Định luật Archimedes hay lực nổi của nước.

Một vật được nhúng hoàn toàn hoặc một phần vào chất lỏng chịu một lực nổi hướng thẳng đứng lên trên và bằng trọng lượng của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.

Cần lưu ý rằng cơ thể phải được bao quanh hoàn toàn bởi chất lỏng (hoặc giao nhau với bề mặt chất lỏng). Vì vậy, chẳng hạn, định luật Archimedes không thể áp dụng cho một khối lập phương nằm dưới đáy một thùng chứa, chạm chặt vào đáy.

Hãy làm thêm một thí nghiệm nữa.

Thí nghiệm số 3 “Độ nổi phụ thuộc vào hình dạng”

Chúng ta sẽ cần : thùng chứa nước, nhựa.

Tiến trình thí nghiệm: Đặt một miếng nhựa vào một thùng chứa nước. Chúng tôi quan sát kết quả: nhựa bị chết đuối.

Hãy lấy cùng một miếng nhựa ra khỏi nước và tạo cho nó một hình dạng khác. Bây giờ chúng ta hãy cho nhựa dẻo vào nước một lần nữa. Chuyện gì đã xảy ra thế? Chất dẻo nổi.

Tại sao nó lại xảy ra? Chúng tôi đã tạo cho nhựa dẻo có hình dạng mong muốn và mật độ trung bình của thuyền nhựa (plasticine + không khí) trở nên nhỏ hơn mật độ của nước ⇒ nhựa dẻo nổi.

Phần kết luận: Các vật thể đã được tạo hình, bất kể mật độ của chúng ra sao, sẽ vẫn nổi trên mặt nước.

1. Tàu được chế tạo như thế nào?

Trong quá trình nghiên cứu, tôi phát hiện ra rằng một vật sẽ nổi nếu mật độ trung bình của tất cả các thành phần của vật đó nhỏ hơn mật độ của chất lỏng. Tôi quyết định thử làm mô hình con tàu của riêng mình và xem liệu nó có nổi trên mặt nước không.

Thí nghiệm số 4 “Con tàu nổi!”

Chúng ta sẽ cần : Thùng đựng nước, tàu tự chế.

Tiến trình thí nghiệm: Chúng tôi hạ một con tàu tự chế xuống một chậu nước. Hãy xem điều gì sẽ xảy ra.

Vì vậy, để chế tạo một phương tiện nổi, bạn cần biết: phương tiện nổi phải chiếm chỗ càng nhiều nước càng tốt so với đáy của nó; bắt buộc phải tính đến mật độ của vật liệu làm thuyền (tất cả các chất nhẹ hơn nước nổi trên bề mặt của nó); Nước không được phép vào bên trong tàu, nếu không tàu sẽ bị chìm.

Phần kết luận: Một con tàu thép không chìm vì nó chiếm chỗ nhiều nước. Và chúng ta biết rằng một vật càng chiếm chỗ nước thì nó càng đẩy nước ra ngoài. (Archimedes)

Trong quá trình nghiên cứu, tôi đã học được rất nhiều điều về cấu trúc cơ thể, mật độ và sức nổi.

Kết luận:

1. Dựa trên nghiên cứu này, chúng ta có thể kết luận rằng tàu không bị chìm là do chúng chịu tác dụng của một lực nổi (định luật Archimedes).)
2. Con tàu sẽ vẫn nổi miễn là trọng lượng của nó nhỏ hơn hoặc bằng trọng lượng của chất lỏng mà nó chiếm chỗ. Một con tàu có thể chìm nếu nước lọt vào bên trong (ví dụ như xuyên qua một lỗ), chiếm chỗ của không khí và mật độ trung bình của tàu lớn hơn mật độ của nước
3. Lực nổi phụ thuộc vào mật độ của chất lỏng. Do đó, ở biển, nơi nước mặn (với mật độ lớn hơn), lực nổi tác dụng lên tàu lớn hơn ở sông, hồ, nơi nước ngọt.

Denis Zelenov đã giúp tiến hành nó. 10 năm.

Vào mùa hè, Denis bơi trên kênh Volga-Don. Tôi ngắm nhìn những con tàu lớn đi dọc theo con kênh, lên xuống trong khoang âu thuyền. Và tôi nghĩ: điều gì cho phép chúng không chỉ nổi trên mặt nước mà còn có thể vận chuyển những vật nặng?

Tại sao tàu có thể đi được trên mặt nước?

Có một số lý do.

1. Mật độ

Trải nghiệm 1

Tất cả chúng ta đều biết rằng nếu bạn ném một tấm gỗ xuống nước, nó sẽ nằm trên mặt nước, nhưng một tấm kim loại có cùng kích thước sẽ ngay lập tức chìm xuống.

Tại sao chuyện này đang xảy ra? Điều này được xác định không phải bởi trọng lượng của vật thể mà bởi mật độ của nó. Mật độ là khối lượng của một chất chứa trong một thể tích nhất định.

Trải nghiệm 2

Chúng tôi lấy các hình khối có cùng kích thước 70x40x50 mm từ các vật liệu khác nhau - kim loại, gỗ, đá và xốp rồi cân chúng. Và họ thấy rằng các hình khối có trọng lượng khác nhau, và do đó có mật độ khác nhau.

Trọng lượng khối từ:

• đá – 264g.,
• bọt polystyrene - 3 g.,
• kim loại - 1020 gr.,
• gỗ – 70 g.

Từ đó, họ kết luận rằng trong số các hình khối, vật liệu dày đặc nhất là kim loại, tiếp theo là đá, gỗ và xốp.

Trải nghiệm 3

Điều gì xảy ra nếu những khối này được đặt trong nước? Như có thể thấy từ kinh nghiệm, đá và kim loại chìm - mật độ của chúng lớn hơn mật độ của nước, nhưng bọt và gỗ thì không - mật độ của chúng nhỏ hơn mật độ của nước. Điều này có nghĩa là bất kỳ vật thể nào cũng sẽ nổi nếu mật độ của nó nhỏ hơn mật độ của nước.

Vì vậy, để một con tàu nổi trên mặt nước, nó phải được chế tạo sao cho mật độ của nó nhỏ hơn mật độ của nước. Giả sử chúng ta làm nó từ vật liệu có mật độ nhỏ hơn mật độ của nước và không chìm - ví dụ: từ gỗ. Từ lịch sử, chúng ta biết rằng đầu tiên con người làm bè và sau đó là thuyền từ gỗ, sử dụng đặc tính của gỗ - sức nổi.

Ngày nay chúng ta thấy nhiều con tàu làm bằng kim loại nhưng chúng không bị chìm. Lý do là cơ thể họ chứa đầy không khí. Không khí là chất có mật độ thấp hơn nhiều so với nước. Con tàu phát triển tổng thể mật độ không khí và kim loại. Kết quả là, mật độ trung bình của con tàu, cùng với lượng không khí khổng lồ trong thân tàu, trở nên nhỏ hơn mật độ của nước. Đó là lý do tại sao tàu nặng không thể chìm. Hãy để chúng tôi xác nhận điều này bằng kinh nghiệm.

Trải nghiệm 4

Hãy hạ một tấm kim loại phẳng xuống nước - nó sẽ chìm ngay lập tức, nhưng bất kỳ bình nào có thành vẫn nổi - lực nổi dự trữ được hình thành trong đó. Bạn thậm chí có thể đặt tải ở đó.

Thiết bị cứu sinh cũng có tác dụng: một người mặc áo vest hoặc vòng tròn. Với sự giúp đỡ của họ, bạn có thể sống sót cho đến khi lực lượng cứu hộ đến.

2. Lực nổi

Ngoài ra còn có lực nổi tác dụng lên một vật ngâm trong nước. Trong hình, chúng ta thấy các lực áp lực tác động lên cơ thể từ mọi phía:

Lực tác dụng theo phương ngang, tức là trên tàu, hai bên bồi thường cho nhau. Áp suất ở bề mặt dưới - ở phía dưới - vượt quá áp suất từ ​​phía trên. Kết quả là xuất hiện một lực đẩy hướng lên trên.

Điều này được thấy rõ qua kinh nghiệm sau đây.

Kinh nghiệm 5

Một quả bóng chứa không khí bên trong nhúng trong nước sẽ bị đẩy ra khỏi nước bằng một lực.

Lực này tác dụng lên quả bóng như một lực nổi (lực của Archimedes). Nó là thứ giữ cho con tàu nổi và cho phép con tàu nổi.

1-Lực lượng bảo trì; 2-Áp lực nước trên tàu

Tác dụng của lực nổi phụ thuộc vào gì?

Đầu tiên- điều này phụ thuộc vào thể tích của con tàu và thứ hai - vào mật độ của nước nơi con tàu nổi. Lực này càng lớn thì thể tích của vật chìm càng lớn. Hãy kiểm tra điều này bằng kinh nghiệm.

Kinh nghiệm 6

Chúng ta đặt một vật nặng nhỏ lên một tấm ván nổi và chúng chìm xuống. Nhưng thể tích của một chiếc thuyền bơm hơi lớn hơn nhiều, thậm chí nó có thể chở được nhiều người.

Thứ hai- lực nổi thay đổi khi mật độ nước tăng. Mật độ của nước có thể tăng lên bằng cách muối nó rất nhiều.

Hãy chứng minh điều này bằng thí nghiệm sau.

Kể từ khi bắt đầu đóng tàu, người ta đã nỗ lực rất nhiều để tạo ra những con tàu không bị chìm. Những con tàu gỗ đầu tiên nhẹ hơn nước. Nhưng sự phát triển của khoa học và kiến ​​thức về các định luật vật lý đã giúp cho việc chế tạo những con tàu bằng thép và thậm chí là bê tông cốt thép trở nên khả thi.

Tàu bê tông cốt thép được đóng ở Bắc Mỹ vào nửa đầu thế kỷ 20, khi thép thiếu hụt trong hai cuộc chiến tranh thế giới.

Các định luật vật lý giúp tàu không bị chìm

Độ nổi của con tàu được xác định theo định luật Archimedes: một chất lỏng đẩy một vật với một lực bằng trọng lượng của chất lỏng tính bằng thể tích của phần vật chìm trong nó. Bí quyết chính ở đây là thể tích - thể tích của con tàu càng lớn thì các mặt kim loại của nó càng dày và nó có thể chở thêm nhiều hàng hóa lên tàu trong khi vẫn nổi. Điều này xảy ra vì thể tích chính bên trong con tàu chứa đầy không khí, nhẹ hơn nước 825 lần. Không khí tạo nên sức nổi cho con tàu.

Sử dụng nguyên tắc tương tự, tàu ngầm có thể chìm và nổi - khi chìm, các thùng dằn chứa đầy nước, thuyền mất sức nổi và chìm. Khi bay lên, không khí được cung cấp cho chúng dưới áp suất, thay thế nước. Theo nguyên tắc tương tự, một chậu kim loại nổi trong bồn tắm - bên trong nó có không khí, chiếm phần lớn thể tích của chậu. Nếu thể tích bên trong của chậu chứa đầy đá hoặc kim loại, nó sẽ chìm vì trọng lượng của nó trở nên quá lớn.

Giải pháp kỹ thuật - ổn định tàu

Độ nổi của con tàu, khả năng chống lại lực gió và sóng, bị ảnh hưởng bởi nguyên lý đòn bẩy. Nếu bạn ném một cái chậu đang lặng lẽ trôi trong bồn tắm xuống sông, nó sẽ sớm bị nước cuốn vào và chết đuối, vì gió sẽ làm nghiêng nó và sóng sẽ cuốn trôi nó.

Điều tương tự cũng có thể xảy ra với một con tàu nếu nó có độ ổn định thấp. Trong lịch sử đã có trường hợp hàng trăm hành khách tụ tập một bên khiến tàu bị lật và chìm. Nhiều tàu bị mất tích trong bão vì bị gió và sóng lật úp.

Sự ổn định của con tàu là khả năng duy trì một vị trí ổn định trong nước. Nó phụ thuộc vào vị trí đặt trọng tâm của con tàu. Càng gần mặt nước thì tàu càng dễ lật và kém ổn định.

Đó là lý do tại sao các tàu hiện đại có các bộ phận nặng nhất - động cơ đẩy, máy phát điện, thùng chứa nước và nhiên liệu dự trữ - ở phần dưới. Các hầm hàng cũng được đặt ở đó. Các thủy thủ biết rằng trên một con tàu chở đầy hàng, chuyển động được cảm nhận ít hơn nhiều so với một con tàu trống.

Để dịch chuyển trọng tâm càng thấp càng tốt, các nhà thiết kế đã đặc biệt cân nặng keel bằng cách sử dụng các miếng chì. Trong các tàu thể thao, một sống tàu có trọng lượng thường được gắn riêng biệt dưới tàu trên các dầm và được gọi là sống tàu ngoài khơi.

Độ ổn định cũng bị ảnh hưởng rất nhiều bởi hình dạng của thành bên - những chiếc tàu có đáy hình bán nguyệt có kích thước nhỏ nhất, trong khi những chiếc xe ba bánh thể thao, có hai thân nhô ra ở hai bên, có kích thước lớn nhất. Thật vậy, sự hiện diện của các giá đỡ bổ sung ở phần trên của mạn giúp duy trì sự ổn định, ngăn tàu bị nghiêng. Điều này đã được biết đến từ xa xưa và họ buộc những bó sậy khô dọc theo đầu mạn thuyền. Và khách du lịch hiện đại sử dụng xi lanh bơm hơi cho mục đích này, buộc chúng vào thành thuyền kayak.

Những quy định bắt buộc đối với thủy thủ

Để tránh dịch chuyển trọng tâm, khi xếp hàng lên các tàu hiện đại, các chương trình máy tính được sử dụng để giúp tính toán vị trí và số lượng hàng hóa có thể xếp nhằm duy trì khả năng đi biển của tàu. Đại phó chịu trách nhiệm sắp xếp hàng hóa đúng vị trí. Anh ta ra lệnh chất hàng và theo tính toán, hàng hóa nặng nhất được xếp vào hầm, hàng nhẹ hơn được xếp lên boong. Hàng hóa trên tàu phải được “buộc”, tức là buộc chặt. Điều này là cần thiết để khi có bão, nó không lăn quanh các hầm hàng và không làm thay đổi trọng tâm của tàu.

Toàn bộ thân tàu được chia thành các khoang kín. Trong điều kiện bình thường, vách ngăn giữa các ngăn đều mở. Khi tàu bị thủng, khoang chứa nó sẽ được bịt kín bằng vách ngăn kín để nước không thể lấp đầy toàn bộ thân tàu.

Khi có bão, việc quay tàu “nghiêng”, tức là nghiêng sang một bên, là rất nguy hiểm. Có rất nhiều khả năng sóng mạnh sẽ lật úp tàu. Sóng phía sau cũng nguy hiểm. Vì vậy, trong những cơn bão dữ dội, tàu biển thường bắt đầu di chuyển mũi tàu ngược với sóng, rời khỏi lộ trình đã định - đây là cách an toàn nhất để tàu vượt qua thời tiết xấu. Và chỉ sau khi cơn bão kết thúc, họ mới quay trở lại lộ trình mong muốn.

Độ nổi và độ ổn định của tàu là những phẩm chất chính đảm bảo an toàn. Vì vậy, các quy tắc giúp bảo tồn chúng bắt buộc phải được tuân theo. Và các giải pháp thiết kế giúp cải thiện chúng luôn được chào đón.