Сталевий брусок у воді тоне, проте судна, що зроблені зі сталі, плавають. Шматок нейлонової тканини, якщо його відпустити, почне падати, а повітряні кулі, виготовлені із цієї тканини, не лише здіймаються вгору, а й піднімають вантаж. Чому так? З’ясуймо.
Чому судна плавають?
Сталева пластинка тоне, а виготовлений із неї човник плаває
Річ у тім, що всередині човника є повітря. Якщо розрахувати середню густину човника, то отримаємо значення, яке набагато менше від густини води:
Конструкція будь-якого судна передбачає наявність усередині нього повітря, тому судна плавають на поверхні води, занурюючись на відносно невелику частину свого об'єму.
Коли нове судно спускають на воду, воно починає занурюватися. Нижня частина судна починає витісняти воду, унаслідок чого виникає архімедова сила. Коли архімедова сила зрівноважує силу тяжіння, судно перестає занурюватися:
Глибина, на яку плаваюче судно занурюється в воду, називається осадкою судна.
При повному завантаженні судна воно не повинно занурюватися у воду вище вантажної ватерлінії (від голландського слова «ватер» — вода).
Підводна частина корабля займає великий об'єм, вона витісняє так багато води, що підйомна сила стає досить великою, щоб корабель не тонув.
Ватерлінія — лінія дотику поверхні води з корпусом судна, відповідна найбільшій допустимій осадці.
Осадка сучасних супертанкерів при повному завантаженні (кілька сот тисяч тонн) може досягати \(23\) м (у той час як надводна частина судна становить всього лише \(5—6\) м).
Для повної зупинки такого танкера, що йде зі швидкістю \(30\) км/год, потрібна дистанція \(5\) км і час \(25\) хв.
Масу води, що витісняється плаваючим судном, називають водотоннажністю судна.
Водотоннажність судна збігається з його власною масою (разом з вантажем) і зазвичай виражається у тоннах.
Унаслідок витрачання палива, провізії, боєприпасів (на військових судах), а також прийому або зняття вантажу водотоннажність судна змінюється. Максимальна допустима водотоннажність судна відповідає його зануренню у воду по ватерлінію.
Довжина корабля "Silver Shadow" \(186\) метрів, осадка (висота зануреної частини) \(6,12\) метрів. Загальна маса корабля \(28\ 258\) тонн.
Судна, які можуть плавати під водою, називають підводними, а решта — надводними.
Сучасний підводний човен, який може опускатися на глибину до \(40\) метрів.
Середня густина підводного човна регулюється кількістю води в камерах, якщо вони наповнюються водою, то підводний човен пірнає, коли вода замінюється стисненим повітрям, човен спливає.
Для занурення у воду у підводних човнах застосовують спеціальні баластні цистерни, які наповнюються водою. Спливання підводного човна відбувається внаслідок витіснення води з цих цистерн стисненим повітрям.
Сучасні (атомні) підводні човни — гігантські споруди, оснащені найсучаснішою зброєю.
Наприклад, атомний ракетний підводний човен «Огайо» (США) характеризується водотоннажністю \(18\ 700\) т і довжиною \(171\) м (у той час як перший американський бойовий човен «Давид», періоду громадянської війни в США, мав довжину всього лише \(10,6\) м при екіпажі \(9\) осіб). І якщо перед початком першої світової війни швидкість підводних човнів становила \(9-10\) вузлів, то тепер вона у \(4\) рази більше.
Джерела:
Фізика підручник для 7 класу/ Бар'яхтар, Божинова, Довгий, Кірюхін, Кірюхіна, за редакцією Довгого. - 2024