Zašto čamci i brodovi ne tonu? Zašto brod

1. 1. opštinska budžetska obrazovna ustanova srednja škola br. 20, Mineralne vode Istraživački projekat Tema: „Zašto podmornica ne tone?“ Autor rada: GirichevSeraphim 2. “b” razred Naučni rukovodilac i konsultant: Raevskaya Anna Georgievna, nastavnik u Mineralnye Vody 2015-2016 akademske godine.
2. 2. Sadržaj. 1. Uvod; 2. Istorijat razvoja podmorske brodogradnje; 3. Mehanizam za ronjenje i izbijanje podmornice; 4. Eksperimentalni dokaz mehanizma potapanja i izrona podmornice; 5. Zaključak; 6. Spisak izvora. 7. Prijave. 1. Uvod. Zaista volim graditi brodove, a zatim ih stavljati na vodu. Zajedno sa mojim tatom skupljamo modele jedrilica. (Vidi 7.Dodaci, fotografije 1-4) I objasnio mi je da brodovi ne tonu, jer ga vazduh u brodu drži na površini. Arhimedov zakon kaže da tijelo uronjeno u vodu doživljava silu jednaku težini vode koju istiskuje. Brod istiskuje toliko vode da nastaje velika sila uzgona, koja ga drži na površini. Ali sposobnost opstanka na površini ovisi i o gustoći materijala od kojeg je brod izgrađen, odnosno o odnosu njegove mase i zapremine. Trup broda je napravljen od metala (na primjer, željeza) - to je težak materijal. Ali unutar broda postoji šuplji prostor ispunjen vazduhom, tako da je prosečna gustina broda manja od gustine vode, i ne tone. A onda sam na TV-u vidio ogromnu podmornicu sa posadom od desetine ljudi sposobnih da mjesecima ostanu pod vodom. I pitao sam se kako podmornica može uroniti u vodu, slobodno plutati i ne potonuti? Predmet istraživanja: podmornica Predmet istraživanja: mehanizam uranjanja i izrona podmornice Metode istraživanja: - Razgovori sa odraslima - Proučavanje naučne literature - Rad sa računarom - Zapažanja - Provođenje eksperimenata, eksperimenata Svrha: eksperimentalno potkrijepiti mehanizam uranjanja i uspon podmornice sa stanovišta fizike. Ciljevi: - naučiti povijest razvoja podmorničke brodogradnje - izraditi model podmornice - objasniti mehanizam ronjenja i izrona podmornice - eksperimentalno pokazati mehanizam ronjenja i izrona podmornice
3. 3. Istraživačka hipoteza: Pretpostavili smo da, kao i bilo šta fizičko tijelo, podmornica se pokorava Arhimedovom zakonu, tada se mehanizam njenog uranjanja i izrona može demonstrirati kod kuće. 2. Istorija razvoja podvodne brodogradnje. 2.1.Ideja o podvodnom plovilu vuče korijene iz antičkih vremena. Postoje sugestije da je u 4. veku pr. e. Aleksandar Veliki je koristio nešto u osnovi slično ronilačkom zvonu u izviđačke svrhe, o čemu svjedoče slike kasnijeg vremena. (Vidi 7.Dodaci Slika 5) 2.2.Prvo uspješno funkcionirajuće podvodno plovilo bila je veslačka podmornica holandskog mehaničara i fizičara s početka 17. stoljeća, Cornelius Van Drebbel, izgrađena u Londonu na rijeci Temzi, za 12 veslača i 3 oficira ; hronika kaže da je među tim oficirima bio i sam kralj Džejms I. Njegov drveni čamac bio je vrsta ronilačkog zvona, spolja presvučen nauljenom kožom, i mogao se pomicati uz pomoć vesala u podvodnom položaju na kratke udaljenosti. Brod je mogao ostati pod vodom nekoliko sati na dubini do 5 metara. Za apsorpciju zraka pokvarenog disanjem, izumitelj je pripremio tečnost, čiji detalji o receptu nisu sačuvani. (Vidi 7.Dodaci, fotografije 6-8) 2.3.U Rusiji je 1718. godine stolar Efim Nikonov iz sela Pokrovskoe u blizini Moskve podneo peticiju caru Petru I, u kojoj je predložio projekat „Skrivenog plovila“, koji je zapravo projekat prve domaće podmornice . Nekoliko godina kasnije, 1724. godine, na Nevi je Nikonovljeva kreacija bila testirana, ali neuspešno, jer je „tokom spuštanja dno tog broda bilo oštećeno, Nikonov je umalo poginuo u potopljenom čamcu i spašen uz lično učešće samog Petra. Car je naredio da se ne zamjera izumitelju zbog njegovog neuspjeha, već da mu se pruži prilika da ispravi nedostatke. Ali ubrzo je Petar I umro, a 1728. godine Admiralitetski odbor je, nakon još jednog neuspješnog testa, naredio da se obustave radovi na "skrivenom brodu". Sam nepismeni pronalazač bio je prognan da radi kao stolar u brodogradilištu u Astrahanu. (Vidi 7. Dodaci, fotografije 9-12) 2.4. Prvu podmornicu koja je dobila vojnu upotrebu dizajnirao je školski učitelj 1776. u SAD-u D. Bushnell sagradio je jednosjed podmornicu od drveta prekrivenog bakrenim limovima. Njegov trup u obliku jajeta više je nalikovao buretu, ali je imao kupolu s otvorima, dva propelera u obliku Arhimedovih vijaka: jedan horizontalan, drugi okomit i malo kormilo. Dobila je ime "Turtle", na engleskom - "Turtle". Na dno su pričvršćeni sidro i uteg radi stabilnosti - u pomorskoj terminologiji to se zove stabilnost. Za svako plovilo važno je, kada se more kiči, da se ne prevrne, već da se kao čamac vrati u prvobitni položaj sa liste. Za uranjanje pod vodu, mali rezervoar je bio napunjen vodom,
4. 4. a za uspon voda je ispumpana ručnom pumpom. Tenk je služio kao balastni rezervoar. Podmornicu su pokretali propeleri, koje je podmorničar rotirao nogama, pritiskajući pedale, kao što to čini biciklista. Na kupoli je postavljena cijev koja povezuje unutrašnju šupljinu s atmosferom. Shodno tome, Kornjača nije mogla zaroniti ispod ove cijevi. Podmornica je bila naoružana minom napunjenom sa 65 kg baruta, koja se palila od fitilja pomoću satnog mehanizma. Predviđeno je da podmorničar mora prići stojećem neprijateljskom brodu, bušilicom izbušiti rupu u njegovom drvenom dnu i na dno pričvrstiti minu pričvršćenu na bušilicu, zatim pokrenuti satni mehanizam i povući se na sigurnu udaljenost. (Vidi 7.Prilozi Foto 13-14) 2.5 Ogroman doprinos razvoju podmorničke flote dao je ruski brodograditelj, inženjer, dizajner, pronalazač, preduzetnik, putnik, kolekcionar - Stepan Karlovič Dževecki, koji se proslavio svojim radom. radi u oblasti brodogradnje, vazduhoplovstva i pomorske tehnologije. Drzewiecki je tvorac prvih borbenih podmornica, opreme i oružja za njih. Razvio je mnoge inovacije: korištenje vodene pumpe za ispumpavanje vode po prvi put, opremio je svoj čamac električnim motorom; , što je omogućilo aktiviranje mine u pravom trenutku. (Vidi 7. Dodatak Slika 15) 2.6.Prva svjetska dizel podmornica "Lamprey" izgrađena je u Rusiji u Sankt Peterburgu 1908. godine prema projektu Ivana Grigorijeviča Bubnova. Dužina “minože” je 32 m. Brzina pod vodom je 8,5 km/h. Naoružanje: dva torpeda. Usvojila ga je Baltička flota. Dizel motori proizvedeni u tvornici Ludwig Nobel za Lamprey imali su vrlo važnu inovaciju - reverzibilni uređaj koji je omogućavao čamcu da mijenja brzinu od naprijed prema nazad, ali, nažalost, to je bilo moguće samo bez tereta. Naoružanje Lamprey-a sastojalo se od dvije cijevne unutrašnje torpedne cijevi. Na gornjoj palubi iza kormilarnice postavljen je mitraljez. Posada Lamprey-a se sastojala od 22 osobe, uključujući dva oficira - zapovjednika čamca i njegovog pomoćnika. (Vidi 7. Dodaci, fotografije 16-18) 2.7. Za njihovo poboljšanje korišćena su najbolja dostignuća nauke i tehnologije, čak do ugradnje nuklearnih motora na njih. (Vidi 7.Dodaci fotografije 19-22) U Sankt Peterburgu je otvoren kompleks borbene podmornice iz Drugog svetskog rata D-2 "Narodovolets" u kojoj možete prošetati odeljcima i saznati njegovu strukturu i uslove života posada. Svi odjeljci podmornice i njen izgled su rekreirani kao i tokom rata. Sastoji se od izdržljivog i laganog tijela. Sve glavne jedinice i mehanizmi smješteni su u izdržljivom vodootpornom kućištu. Na palubi nadgradnje
5. 5. Postavljen top od 100 mm. Čamac je postavljen na betonske kobilice i povezan sa zgradom paviljona na obali. (Vidi 7.Dodaci, fotografije 23-26) 3. Mehanizam za uranjanje i izlazak podmornice. Pokušajmo razumjeti mehanizam uranjanja i uspona podmornice sa stanovišta fizike. Kao i svako fizičko tijelo, podmornica se pokorava Arhimedovom zakonu: tijelo uronjeno u vodu gubi na težini onoliko koliko teži zapremina vode koju tijelo istisne. Glavno svojstvo svakog broda temelji se na ovom zakonu - njegova uzgona, sposobnost da ostane na površini vode. Da bi podmornica zaronila, izronila ili ostala pod vodom, mora imati sposobnost promjene uzgona. Ovo se postiže veoma na jednostavan način- čamac je opremljen posebnim rezervoarima koji se ili pune vodom ili ponovo prazne. Za podmornicu, uzgona može biti: Pozitivna - morate isprazniti rezervoare vode - čamac će plutati; Negativno - morate napuniti rezervoare vodom - čamac će potonuti - potonuti će na dno; Nula - potrebno je izjednačiti težinu podmornice i težinu zapremine vode koju istiskuje - čamac će "visiti" na bilo kojoj dubini. S obzirom na to da podešavanje uranjanja pomoću tenkova nikada ne može biti precizno, manevriranje čamcem u ravnini se postiže pomoću horizontalnih kormila. 4. Eksperimentalni dokaz mehanizma potapanja i izrona podmornice. Podmornica se potapa kada se posebne komore - balastni tankovi - napune vodom. Kada treba da pluta, komprimovani vazduh se upumpava u rezervoare i voda se istiskuje. Promjenom količine zraka u balastnim tankovima, čamac mijenja dubinu ronjenja. Kako bih dokazao ovaj mehanizam, odlučio sam provesti eksperiment kod kuće. Predstavljam vašoj pažnji. Uzmimo dva plastične boce, veliki i mali, lopta na naduvavanje, crevo, gumeni prsten i izolaciona traka. (Vidi 7. Dodatak Slika 27) U maloj boci napravićemo mnogo rupa, prečnika 3-4 mm. (Pogledajte 7.Dodaci Slika 28) U čepu male boce napravićemo rupu za crijevo. (Pogledajte 7.Dodaci Fotografija 29) Umetnite crijevo i pričvrstite na njega kuglu na naduvavanje. (Pogledajte 7. Dodatak Slika 30) Nakon toga gurnite kuglicu unutar boce, zategnite čep i pričvrstite crijevo. (Pogledajte 7.Dodaci Fotografija 31) Sada ostaje samo da spojite obje boce električnom trakom. (Vidi 7.Dodaci, fotografije 32-33) Napunio veliku bocu vodom i
6. 6. Stavili smo u njega teret, u našem slučaju su bili kamenčići, i spustili našu “podmornicu” u vodu. Mala flašica se napunila vodom i ležala je na dnu. Podmornica je stekla negativnu uzgonu. (Vidi 7. Dodatak Slika 34) Da bi naš model plutao, počeli smo da punimo malu bočicu vazduhom kroz crevo pod pritiskom i voda je počela da izliva iz nje. (Vidi 7.Dodaci Foto 35) I sada je čudo, naš čamac je isplivao na površinu! "Podmornica" je dobila pozitivnu uzgonu. (Vidi 7.Dodaci Slika 36) 5. Zaključak Naša hipoteza da se mehanizam uranjanja i izrona podmornice može demonstrirati kod kuće je opravdana. U budućnosti bih želio provesti eksperiment da dokažem nultu uzgonu. Pokušao sam, ali do sada nisam uspio. Naravno, još mnogo toga ne razumijem, na primjer fizičke koncepte, zakone, formule, ali mislim da ću u srednjoj školi moći detaljnije razumjeti ovo pitanje. Vjerujem da će moje radno iskustvo biti interesantno mnogim momcima. Ovaj eksperiment može izvesti bilo koji moj kolega iz razreda koristeći dostupne kućne potrepštine. Moj projekat mi je pokazao da fizika počinje pažnjom i radoznalošću o jednostavnim, poznatim objektima i stanjima. Hvala vam na pažnji.

Iako se Go-Devil motor može instalirati na običan brod, on će raditi mnogo bolje na brodovima kao što je Go-Devil. Ovi čamci su posebno dizajnirani za rad s Go-Devil motorima. Napravljeni od aluminijumskog lima debljine 3,17 mm, pouzdani su u čitavom nizu uslova za koje je dizajniran vanbrodski motor Go-Devil. Ravno dno i zaobljene brane omogućavaju čamcu kretanje kroz blato i blato. Go-Devil čamci imaju najduži trup u svojoj klasi, ali ulaze u avion s Go-Devil motorom brže od bilo kojeg drugog broda u svojoj klasi.

Za čamac sa Go-Devil motorom potrebno je 20-25 cm mekog materijala (vode ili blata) ispod dna da bi se pokrenuo. Minimum bi trebao biti najmanje 3 cm vode i 20 cm prljavštine. Kada je čamac povećao brzinu i blanja, dovoljno je 6-7 mm vode iznad blata ili 23 cm vode iznad kamenog dna za kretanje.

Može li se Go-Devil motor ugraditi u običan čamac?
Da, Go-Devil motor se montira na krmu čamca kao konvencionalni vanbrodski motor s kormilom. Go-Devil motor ne zahtijeva rupe za montažu kroz rupe u krmenoj gredi koje bi trebalo izbušiti. Općenito, Go-Devil motori su dizajnirani za rad na krmenim gredama visine 38-43 cm.
Preporučena visina krme za rad s Go-Devil motorom je 40,6 cm.

Zašto kupiti Go-Devil brod?
Iako se Go-Devil motor može ugraditi u običan čamac, on će raditi mnogo bolje na brodovima kao što je Go-Devil. Ovi čamci su posebno dizajnirani za rad s Go-Devil motorima. Napravljeni od aluminijumskog lima debljine 3,17 mm, pouzdani su u čitavom nizu uslova za koje je dizajniran vanbrodski motor Go-Devil.

Ravno dno i zaobljene brane omogućavaju čamcu kretanje kroz blato i blato. Go-Devil čamci imaju najduži trup u svojoj klasi, ali ulaze u avion s Go-Devil motorom brže od bilo kojeg drugog broda u svojoj klasi.

Koliko godina je Go-Devils u ovom poslu?
Prvi dizajn motora za plovidbu plitkom vodom patentiran je 1977. Od tada, dizajn je stalno unapređivan kako bi bio efikasniji, pouzdaniji i svestraniji za upotrebu različitim uslovima plitke vode.

Zašto je nova suspenzija osovine propelera napravljena sa ležajevima na vrhu i čahurom na dnu?
Ležaj na vrhu osovine propelera omogućava najbolje centriranje osovine. Budući da dno osovine mora uvijek biti ispod površine, Go-Devil motori su opremljeni mesinganom čahurom. U proteklih više od 25 godina, mesingane čahure su dokazale svoju snagu i pogodnost za rad, bez gubitka snage i brzine.
Šta se dešava ako postavite ležaj na donju vješalicu osovine propelera i voda uđe u žljeb na putu trkaće kuglice ležaja?? – Odmah ćete parkirati!!!
U postojećem dizajnu Go-Devil močvarnog vozila, čak i ako je donja brtva uništena, prisustvo mjedene čahure omogućit će mu da stigne do kuće!!

Koliko su glasni Go-Devil vanbrodski motori?
Go-Devil motori su opremljeni serijskim 4-cilindričnim motorom vazdušno hlađenje. Stoga, šetač za močvaru nije ništa glasniji od obične kosilice. Ako ugradite veći prigušivač na motor, buka se može još više smanjiti. Prosječni nivo buke je procijenjen na 86 dB.

Može li se Go-Devil motor ugraditi na visoku krmenu gredu?
Da. Kompanija nudi poseban model motora Go-Devil za ugradnju na krmene grede visine 50,8 cm. Dužina osovine ovog motora je ista kao kod standardnog motora, što vam omogućava da koristite standardnu ​​kontrolu Go-Devil čamaca. Ako već imate Go-Devil motor, na njega možete ugraditi dodatnu ploču za podešavanje, koja će vam omogućiti korištenje običnog motora na krmenim nosačima visine 50 cm.

Ako napravite drveni splav, možete ploviti na njemu. Ako napravite splav od gvožđa ili nekog drugog metala, on će potonuti. Razlog zašto drveni splav ne tone, a željezni tone, leži u različitoj gustoći drveta i željeza. Drvo je manje gust materijal od vode, tako da je sila uzgona vode veća od sile gravitacije koja djeluje na drveni splav (ili veća od njegove težine). Gvožđe je gušće od vode, a njegova sila plutanja nije u stanju da savlada težinu gvozdene splavi.

Ranije su se brodovi i čamci gradili uglavnom od drveta. Sada su uglavnom napravljeni od metala. U čemu je trik? Zašto brodovi ne tonu? Možda u brodu ima puno drva i ono "pobijedi" željezo?

Naravno, ako uzmete veliku ploču i pokrijete je tankim limom odozgo, tada cijela konstrukcija neće potonuti. Na kraju krajeva, njegova prosječna gustina će biti manja od gustine vode. Ako je, na primjer, gustina drveta 600 kg/m 3 i daska ima masu od 100 kg, a željezna obloga ima gustinu od 7800 kg/m 3 i masu od 10 kg. Tada će ukupna masa biti 120 kg, a ukupna zapremina 100/600 + 10/7800 ≈ 0,1667 + 0,0013 = 0,168 (m3). Odavde nalazimo prosječnu gustoću konstrukcije 120/0,168 ≈ 714 (kg/m3). To je manje od gustine vode (1000 kg/m3), što znači da će struktura plutati.

Međutim, u stvarnosti je sve još jednostavnije. Zašto daska? Možete jednostavno ostaviti praznu šupljinu unutra i osigurati da voda ne uđe unutra. Tačnije, ne prazan, već ispunjen vazduhom. Gustina vazduha je samo 1,29 kg/m3.

Zbog toga plutaju brodovi napravljeni od metala. Unutar njih postoje velike šupljine ispunjene zrakom. Kao rezultat toga, prosječna gustina broda je manja od gustine vode, a sila uzgona održava brod na površini.

Ako voda uđe u šupljinu broda, on će naravno potonuti. Kako bi se smanjila mogućnost poplave, u podvodnom dijelu broda ugrađuju se pregrade. Rezultat su odjeljci u kojima voda iz jednog ne može ući u drugi. Ako brod dobije rupu, samo će odjeljak na mjestu rupe biti poplavljen. Ostatak će ostati ispunjen zrakom i održavat će brod na površini.

U svakom slučaju, brod ima težinu. Ova težina jednaka je težini vode čiju zapreminu brod "zauzima" u moru.

Kao što znate, brodovi plutaju s razlogom, ali prevoze razne terete i ljude. Prazan brod je manje težak, što znači da će se manje "taložiti" na moru. Ako ga utovarite, brod će potonuti dublje u vodu. Ako je opterećenje preveliko, brod može čak i pasti pod vodu i utopiti se.

Stoga je na trupu brodova označena posebna linija ( waterline). Plovilo ne smije biti potopljeno tako da je ova linija pod vodom. U suprotnom, svaki jak val, prskajući vodu na krmi, može lako poplaviti brod.

S druge strane, prazan čamac ne bi trebao biti previše lagan. U suprotnom će njegov podvodni dio biti premali u odnosu na površinski. U tom slučaju, valovi i vjetar mogu prevrnuti brod.

Brod natovaren na vodenoj liniji istiskuje najveću količinu vode. Težina ove vode se zove pomak specifično plovilo. Nosivost posuda je razlika između deplasmana i težine prazne posude; ili, jednostavnije rečeno, razlika između ukrcanog broda kada je na gazu i težine broda bez tereta.