Глава 2. Механические свойства жидкостей, газов и твёрдых тел

§ 14. Плавание судов. Воздухоплавание

От каких величин зависит выталкивающая сила, действующая на погружённое в жидкость или газ тело?

Каковы условия плавания тел?

1. Проделаем опыт. Возьмём две пластины одинакового размера, вырезанные из жести. Поскольку размер пластин одинаков, равны значения их массы и на них действует одинаковая сила тяжести. Из одной пластины сделаем коробочку и опустим пластину и коробочку на поверхность воды. Увидим, что пластина утонет, а коробочка будет плавать на поверхности воды (рис. 42).

Плавание

Возникает вопрос: почему пластина тонет, а коробочка плавает? Поведение тела — плавает оно или тонет — зависит от соотношения между силой тяжести и выталкивающей силой. В данном случае на пластину и коробочку действует одинаковая сила тяжести, следовательно, на них действует разная выталкивающая сила. Действительно, выталкивающая сила зависит от объёма тела, объём же коробочки больше объёма пластины. Следовательно, на коробочку действует большая выталкивающая сила, и она плавает. Этот опыт позволяет понять, почему плавают суда.

2. Вы уже знаете, что тело плавает, если сила тяжести, действующая на него, равна выталкивающей силе, т. е. весу воды в объёме части тела, погружённой в воду. Соответственно судно плавает в воде, если действующая на него сила тяжести (или вес судна с грузом в воздухе) равна весу воды, вытесненной подводной частью судна.

Глубину, на которую судно погружается в воду, называют осадкой.

Наибольшая допускаемая осадка судна отмечается линией, называемой ватерлинией. Она показывает предельный уровень, до которого может погрузиться судно в воду при его загрузке. Ватерлиния отмечена на корпусе корабля красным цветом.

Вес воды, вытесненной судном при погружении до ватерлинии, называют водоизмещением судна. Водоизмещение позволяет определить, какой максимальный груз может взять судно на борт. Вес этого груза равен разности между водоизмещением и весом судна в воздухе. Эту величину называют грузоподъёмностью судна.

3. Условия плавания тел учитывают в конструкции подводных лодок. Для того чтобы подводная лодка могла всплывать и погружаться в воду, она имеет устройство, позволяющее изменять её массу и соответственно действующую на неё силу тяжести. Это устройство состоит из баллонов, которые могут заполняться наружной водой. При заполнении баллонов действующая на лодку сила тяжести увеличивается и лодка погружается в воду. Когда воду вытесняют из баллонов сжатым воздухом, сила тяжести уменьшается и лодка всплывает.

Современные подводные лодки в зависимости от назначения бывают разных размеров. Большие подводные лодки имеют водоизмещение до 12 000 т. Они способны совершать длительные походы, не всплывая. Небольшие подводные лодки используют для научных исследований, отыскания затонувших судов, туризма, спорта и других целей.

Окончание >>>