Как тяжелые предметы плавают?

как предметы плаваютКак тяжелые предметы плавают?

Как может держаться на плаву авианосец, вес которого сто тысяч тонн? Если бы он был цельным куском металла, то обяза­тельно утонул, но внутри он полый. А вот как об этом «узнаёт» вода?

На загадку, почему тяжелые предметы плавают, напрашива­ется следующий ответ — по закону Архимеда, тело, погруженное в жидкость, выталкивается с силой, рав­ной весу жидкости, вытесненной телом.

Вот почему тяжелые предметы плавают.

Исключительно верно, но это объ­яснение вносит ясности не больше, чем дает света свет­лячок в пальто.

Естественно, вода под кораблем понятия не имеет, какой объект оказывает давление на ее поверхность: какой-то монолит или надумавший путешествовать швейцарский сыр (хотя о дырках, к которым мы еще вернемся, вода все же будет «знать»).

Тем не менее, внушительная часть нашего опыта, относящегося к плаванию предметов, начиная от выдолбленной из ствола дерева лодки и кончая пенопластом, наводит на мысль о том, что предметы, для того чтобы плавать, должны иметь внутри пустое пространство.

А вот и не обязательно.

Оставляя внутри пространство, мы стара­емся сделать предметы легче.

Легкие предметы плава­ют, а тяжелые тонут.

Вот какой вывод сделали бы вы, если бы этот древний грек Архимед на «замутил воду», если можно так выразиться.

Вопрос в том, насколько легким должен быть пред­мет, чтобы плавать?

И ответ таков — легче.чем рав­ная ему масса или объем воды.

Масса единичного объ­ема вещества называется его плотностью.

Плотность обычно выражается в фунтах на кубический фут веще­ства (или в граммах на кубический сантиметр).

Если корабль (в целом рассматриваемый как огромное скоп­ление металла, дерева, пластика, воздушных прост­ранств и так далее), весит меньше, чем равный объем воды, то есть, если плотность корабля меньше (ниже) плотности воды, тогда он будет плавать.

Кусок дерева обладает плавучестью, потому что его плотность со­ставляет приблизительно 6/10 плотности воды.

И ему не нужно быть полым внутри.

Если мы хотим, чтобы наш авианосец в сто тысяч тонн плавал, надо постараться сделать в нем больше пространства, чтобы тем самым уменьшить общую плотность. Это не проблема.

В результате у нас появ­ляется много места для размещения таких важных ком­понентов, как самолеты и личный состав.

Проведем небольшой опыт, чтобы выяснить, почему плавающий объект должен иметь меньшую плотность, чем вода.

Давайте осторожно опустим самый большой в мире авианосец в сто тысяч тонн — «Адмирал Ни-митц» в ванну, достаточно объемную, чтобы там мог плавать корабль. Опускать его нам поможет сила тя­жести, которая тянет корабль в воду с силой, равной его весу (вот что такое вес).

Но когда корабль погру­жается в воду, он проделывает в ней углубление, стре­мясь вытолкнуть какую-то ее часть в стороны и вверх, нарушая обусловленное гравитацией стремление воды уравновешиваться.

Следовательно, в то время как сила тяжести тянет корабль вниз, часть во­ды выталкивает вверх, против силы тяжести.

Вы заме­тили, насколько поднялся уровень воды в ванной?

Сколько же конкретно воды было поднято вверх про­тив силы тяжести?

Столько же, чему равен вес, тяну­щий корабль вниз.

Другими словами, вес воды, который был поднят или вытеснен, будет равен весу корабля.

Когда этот предел достигнут — сто тысяч тонн — ко­рабль перестанет погружаться. Слава Богу, он плавает!

Но имейте в виду, что каждый вытесненный грамм воды должен быть вытеснен точно одним кубическим сантиметром объема корабля.

Это означает, что объем корабля, находящийся ниже уровня воды, такой же, как объем ста тысяч тонн воды.

Но поскольку вода имеет большую плотность, чем корабль, сто тысяч тонн воды займут меньше места, чем сто тысяч тонн корабля, меньше, чем объем всего корабля. Следовательно, ко­личество корабля, находящееся под водой, меньше, чем весь корабль.

Что весьма удачно.

Ведь это означает, что линия воды (ватерлиния) значительно не доходит до палубы, и это неизменно устраивает моряков.

А все благодаря тому, что заданная плотность корабля мень­ше плотности воды.

А как насчет подводных лодок?

Они иногда пла­вают на поверхности, а иногда могут погружать­ся и плавать под водой.

Как они меняют свою плавучесть?

Очень просто.

Подводные лодки меняют объем вну­треннего воздушного пространства, изменяя тем са­мым величину своей плотности.

Желаете погрузиться?

Впустите воду в балластные цистерны.

Нужно всплыть?

Вытолкните воду сжатым воздухом.

На са­мом деле все выглядит несколько сложнее, так как плотность морской воды значительно меняется в зави­симости от глубины, температуры и солености.

В связи с этим плотность подводной лодки должна постоянно регулироваться.

Соленая вода приблизительно на 3% плот­нее, чем пресная, поэтому в морской воде корабль выталкивается с силой, на 3% большей, чем в озере и плывет выше. Мертвое море и Большое Соленое озеро имеют такую высокую плотность, что их подъемная сила вызывает изумление.

Если предста­вится возможность там побывать, попробуйте в них попла­вать.

Вы сможете погрузиться в воду всего на несколько сантиметров. Это ощущение непередаваемое.

Как следует из закона Архимеда, существует ка­кая-то определенная сила, выталкивающая пред­мет, погруженный в воду.

Откуда она берется?

Если вы сомневаетесь, что вода оказывает давление, направленное вверх, попробуйте погрузить в воду воздушный шарик.

Вы ощутите заметное сопротивление, идущее снизу, которое препятствует вашему давлению сверху.

Когда вы опустили наш авианосец в ванну с водой, он стал погружаться.

Каждый ныряльщик знает, что на глубине давление больше.

Это увеличенное давле­ние присутствует и в ванной, потому что вода не мо­жет заглушать или поглощать силу, как это делают пружина или резина.

Вода должна передавать свое увеличенное давление во всех направлениях, всему, с чем она соприкасается, включая корпус корабля.

Дав­ления в горизонтальных направлениях уравновешива­ют друг друга, неуравновешенным остается в одном направлении — вверх.

Это и есть сила, которая толка­ет корабль вверх против силы тяжести.

Вот вам и пла­вучесть.

Поскольку у Архимеда не было под рукой авианосца, то, как свидетельствует история, он использовал в опыте свое собственное тело.

Наполнив ванну до кра­ев, Архимед залез в нее и его осенило, что вес воды на полу равен (должен бы) величине потерянного им в во­де веса — его плавучести (подъемной силе).

История умалчивает о том, как отнеслась к эксперименту Архи­меда его квартирная хозяйка.

Почему корабль тонет, если в его корпусе по­явилась пробоина?

Вода врывается внутрь через отверстие, так как она находится под давлением, и чем ниже на корпусе отвер­стие, тем сильнее напор воды.

Когда вода попадает внутрь, она вытесняет равный объем воздуха, увеличи­вая тем самым вес корабля и, как следствие этого — общую его плотность.

Когда количество воды внутри корабля создает достаточный дополнительный вес, чтобы преодолеть подъемную силу, корабль тонет.

Поделиться в соц. сетях

Share to Google Buzz
Share to Google Plus
Share to LiveJournal
Share to MyWorld
Share to Odnoklassniki

Если Вам интересна эта запись, Вы можете следить за ее обсуждением, подписавшись на RSS 2.0 .

3 комментария к “Как тяжелые предметы плавают?”

  • 5 июня, 2011, 15:42

    Спасибо, теперь знаю, как тяжелые предметы плавают.

  • 26 июня, 2011, 4:33

    Вера, как интересно! Если бы в школе так просто и ясно, на примерах, объясняли! 

  • 4 марта, 2012, 10:01

    Объяснения легки и поучительны. Хоть сейчас вставляй в энциклопедию: «Хочу всё знать»)))

Оставить комментарий или два

Контакты | Правила использования | ТМ | Частные положения
Все права защищены. При копировании материалов с сайта ссылка обязательна http://free.veranek.ru