Почему корабли не тонут

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Березовская средняя школа  №1 им. Е.К. Зырянова»

Исследовательская работа

Тема: «Почему не тонут корабли?»

Выполнил:

Влавацкий Александр Сергеевич

ученик 2 «Г» класса

Руководитель:

Жихалова Светлана Васильевна

учитель начальных классов БСОШ №1

2016 год

п. Березовка

Оглавление                                                                                           стр.

1 Введение ………………………………………………………………. 3

2 Основная часть …….. ………………………………………………..  4

2.1. Из истории кораблестроения.. ……………………………………. 4

2.2. Строение корабля ………………………………………………….  4

2.3. Практическая часть………………………………………………… 5

Опыт № 1 «Плавучесть разных материалов»………………………… 5

Опыт №2 «Воздух легче воды»  ………………………………………  6

Опыт № 3 «Чем больше тело, погружённое в воду, тем    больше

воды оно вытесняет» ………………………………………………….. 7

Опыт №4 «Только вверх» …………………………………………….. 8

Опыт №5 «Почему он не тонет, или все зависит от формы?» ………8

Опыт № 6 «Удивительное яйцо» …………………………………... . 10

3 Заключение ………………………………………………………….. 10

4 Список используемой литературы …………….……….................. 12

1. Введение

Я считаю, что выбранная мною тема актуальна, так как все мальчишки играют в войну и представляют себя сильными солдатами, воинами, отважными моряками. Именно чувство Родины – патриотизм – начинается с восхищения тем, что видит перед собой ребенок, чему он изумляется и что вызывает отклик в его душе. Патриотическое воспитание подрастающего поколения – вот основное направление развития нашей страны – ведь детство самая благодатная пора для привития священного чувства любви к Родине и ее защите… Я надеюсь, что моя исследовательская работа привлечет внимание не только мальчишек, но  и девчонок на такое прекрасное чувство – патриотизм. Ведь я хочу, как и все мальчики,  быть похожим на своего папу, который предан своему Отечеству.

Мой папа проходил службу на Тихоокеанском флоте в городе Владивосток, и я очень люблю рассматривать его армейские фотографии. Большой противолодочный корабль «Адмирал Пантелеев» с военными пушками, ракетами и торпедами – мечта любого мальчишки! Так и я, примеряя папину бескозырку, закрываю глаза и представляю себя капитаном  на огромном корабле… Но однажды я задумался, почему корабли, сделанные из стали и железа, такие огромные, перевозят тяжёлые грузы, плавают и не тонут? Ведь простой кусок железа, брошенный в воду, идет ко дну! На этот главный вопрос мне и придется ответить в своей работе.

Целью моего исследования стало выяснить, почему же огромные железные корабли не тонут?

Для этого мне необходимо решить следующие задачи:

• собрать и изучить информацию о причинах, по которым корабли держатся на плаву;
• провести опыты, объясняющие, почему огромные железные корабли не тонут;
• выявить, какая сила удерживает корабль на плаву;
• сделать выводы.

Я выдвинул гипотезу: при создании определенных условий, корабль не тонет - использование в кораблестроении лёгких материалов, наличие на судне воздуха, определенная форма и строение корабля, «волшебная» сила, которая не дает пойти судну на дно.

Для ответа на интересующий меня вопрос я буду использовать такие методы, как обзор литературы и Интернет-источников, беседы со взрослыми.

2. Основная часть

2.1.Из истории кораблестроения

Вы никогда не задумывались, почему плавает огромный  корабль? Изучив некоторую  литературу, я узнал, что люди с давних времён хотели научиться плавать. Первыми плавательными средствами были связанные брёвна, плоты и челноки, выдолбленные из брёвен. Постепенно плавательные средства улучшались. Около 5000 лет назад шумеры и египтяне начали сооружать суда, которые ходили на вёслах и под парусом. В 19 веке паровые двигатели заменили парус, а вместо дерева начали использовать сталь. В настоящее время корабли представляют собой огромные лайнеры и авианосцы, которые бороздят просторы мирового океана и могут месяцами не заходить в порт. Казалось бы, многотонная железная конструкция должна немедленно пойти ко дну. Но этого не происходит. Корабль не только держится на плаву, но и позволяет перевозить людей и тяжелые грузы.

2.  Строение корабля

У каждого корабля своё предназначение, но у любого судна есть основные части: корпус корабля, нос, корма. Корабль имеет продолговатую форму, чем-то напоминающую глубокую тарелку. Палубы на корабле закрывают его как крышки. Папа рассказал мне, что на корабль наносится специальная линия (ватерлиния – контрольная отметка, до которой можно загружать судно). Если она видна над поверхностью воды, то беспокоиться не стоит. Если линия скрылась под водой - вероятность его затопления возрастает.

Чтобы найти ответ на интересующий меня вопрос, я проделал несколько простых опытов, которые вы можете выполнить самостоятельно.

3. Практическая часть

Важное мореходное качество – плавучесть корабля, т.е. способность держаться на воде. Я выяснил, что не все тела обладают плавучестью. Не тонут в воде те тела, плотность которых меньше плотности воды. Я провел опыты, доказывающие это. 

Опыт № 1 «Плавучесть разных материалов»

Предметы опускались вертикально.

Что произойдет, если в сосуд с водой положить кусочек дерева или пенопласта? Я проделал этот опыт и обнаружил, что пенопласт не тонет, а плавает на поверхности. То же самое происходит с кусочком дерева. Ведь их плотность меньше плотности воды, т. к. в пробке и дереве есть поры, заполненные воздухом (Рис.1).                               

Это свойство дерева плавать на поверхности воды используется для построения плотов. А как будет вести себя металлическая формочка, если ее опустить в сосуд с водой? Я выполнил этот эксперимент и обнаружил, что металл в отличие от пенопласта и дерева не плавает на поверхности, а тонет в воде, так же как пластилиновый шарик и стеклянная кружка (Рис.2,3). Значит плотность этих материалов больше плотности воды.

Вывод: в наше время корабли делают из металла, а металлическая формочка утонула. Значит, моё предположение о том, что корабли не тонут из-за использования в кораблестроении лёгких материалов, оказалось не верно.

Я задумался – а что ещё находится на корабле кроме команды с капитаном, пассажиров, груза и всей техники, которой он оснащён? От папы я узнал, что на нём много предметов, сделанных из дерева и пластмассы. Помимо всего перечисленного на корабле есть воздух! Может, именно воздух удерживает корабль на поверхности?

        Изучив литературу, я узнал, что воздух намного легче воды. А ведь внутри корпуса корабля есть некоторое пространство, заполненное воздухом. Именно воздух поддерживает корабль на поверхности воды и не даёт затонуть. Убедиться в этом мне помог следующий опыт.

Опыт №2 «Воздух легче воды»

Я взял пустой стеклянный пузырёк, закрыл его и опустил в воду на самое дно. Но как только я отпустил пузырёк, он сразу поднялся на поверхность (Рис.4).  А ведь в первом опыте стеклянная кружка утонула. Но когда я насыпал в этот пузырек соли, то он пошел ко дну (Рис.5).

 Вывод: воздух на самом деле удерживает предметы на поверхности. Получается, что именно воздух поддерживает корабль на плаву.

Я выяснил, что воздух на самом деле играет очень большую роль в поддержании корабля на поверхности, но есть ещё и другая сила, которая удерживает судно на плаву.

Опыт № 3 «Чем больше тело, погружённое в воду, тем    больше воды оно вытесняет»

Для начала я вылепил из пластилина две фигурки разного размера. На ёмкости с жидкостью обозначил границу воды. Воду я подкрасил гуашью, что бы мне хорошо было видно разницу (Рис.6).  Опустил пластилин в воду и стал наблюдать за тем, как будет изменяться уровень воды в зависимости от величины шарика. Уровень воды поднялся на 0,5 см, когда я бросил в воду маленький кусок пластилина. И стал выше на 1,5 см, когда я опустил туда большой пластилиновый шарик (Рис.7).

 Дело в том, что на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила Архимеда (древнегреческий учёный, который изучал плавучесть тел), направленная вверх. Она равна весу вытесненной жидкости. Если тело легче воды, то сила Архимеда больше силы тяжести и тело поднимается вверх, плавает на поверхности. Так происходит с деревом и пенопластом. А вот пластилиновый шарик и стеклянная кружка тяжелее воды. Действующая на них сила тяжести больше выталкивающей силы Архимеда, поэтому они идут на дно. Железная формочка тоже тонет, так как железо тяжелее воды.

Вывод: чем больше предмет, опускаемый в воду, тем больше воды он вытесняет.

Опыт №4 «Только вверх» 

Я выяснил, что вода выталкивает любые тела. Только одни тела ей выталкивать легко, а другие – нет. А еще, я узнал, что для выталкивающей силы воды люди придумали еще одно название – поддерживающая. Куда же направлена эта сила? Это видно на следующем опыте.

В первом опыте я опускал на дно ёмкости с водой пластиковый футляр, в котором нет воздуха, а он через некоторое время всплыл на поверхность. Как будто какая-то сила подняла его наверх (это и была сила Архимеда).  Затем я привязал груз короткой ниткой к футляру от киндер-сюрприза и опустил в воду. Груз затащил футляр под воду. Отвесно натянутая нить показывает, что выталкивающая сила, которая действует на футляр, направлена вертикально вверх (Рис.8). 

Вывод: выталкивающая сила Архимеда всегда направлена вверх.

Получается, чтобы предмет не тонул, он должен быть легче воды. Но как же тогда с кораблями? Ведь они плавают. Корабли бывают разные – пассажирские, грузовые, военные. Но у них одинаковая обтекаемая форма. Может быть, именно форма кораблей помогает им оставаться на плаву?

Опыт №5 «Почему он не тонет, или все зависит от формы?»

Я уже убедился в том, что предметы из различных материалов ведут себя в воде по-разному. Так, например, металлическая формочка пошла ко дну, а дерево и пенопласт остались плавать на поверхности, как кораблик. Оказывается, у воды есть еще один секрет: на ее поверхности может плавать и «тонущий» материал, главное придать ему нужную форму. И я решил проверить, так ли это на самом деле.

Еще в первом опыте я опускал в воду большой кусок пластилина. Пластилин затонул. Сейчас я слепил из этого же кусочка плошку и опустил ее в воду донышком вниз. Волшебство свершилось, тонущий материал плавает на поверхности!  

Тогда я взял все «тонущие» предметы, которые использовал в первом опыте и опустил в воду, но уже не вертикально, а горизонтально. Все осталось плавать на поверхности (Рис.10), так же как в опыте с тарелкой, который описан в книге Л.А. Горева «Занимательные опыты по физике», когда тарелка тонет, если её опускают в воду вертикально и плавает, когда горизонтально. Это объясняется тем, что при увеличении площади предмета увеличивается количество воды, которую этот предмет выдавливает при погружении. Чем больше выдавливается воды предметом, тем сильнее вода выталкивает этот предмет.

Предметы опускались горизонтально.

То же самое происходит с большими кораблями, которые не тонут, а продолжают бороздить океаны, несмотря на тяжелые грузы.

Вывод: при увеличении площади предмета, плавучесть тел увеличивается. А это значит, что стальной корабль не тонет, потому что он имеет особую форму и строение и вытесняет много воды. Чем больше какой-то предмет вытесняет воды, тем сильнее она выталкивает его.

Вода таит ещё много секретов. Мой папа предложил провести мне интересный опыт, из которого я узнал ещё одно свойство воды. Я продолжил своё исследование.

Опыт № 6 «Удивительное яйцо»

Я взял пустой стакан и положил туда яйцо. Налил в стакан воды. Яйцо осталось лежать на дне. Я взял другой стакан и проделал то же самое, но в него я стал добавлять соль. Сначала яйцо оставалось на дне, но чем больше соль растворялась в воде, тем выше поднималось яйцо (Рис.11).

Вывод: выталкивающая сила солёной воды больше, чем пресной.

3. Заключение

Из литературы и Интернет-источников я узнал много интересного о кораблях и их способности держаться на поверхности воды.

В ходе своего исследования все поставленные мною задачи были решены. Я провел несколько опытов, связанных с изучением плавучести тел. В результате исследования, я пришел к такому выводу: корабль действительно не тонет при создании определенных условий. Во-первых, наличие воздуха на судне помогает кораблю оставаться на поверхности. Во-вторых, особая форма и строение оказывает огромное влияние на плавучесть корабля. В-третьих, «волшебная» выталкивающая сила Архимеда позволяет огромным железным кораблям не только не тонуть, но и перевозить грузы. А еще я выяснил, что ошибался, когда думал, что в кораблестроении используются специальные лёгкие материалы.

Конечно, есть еще много того, что я не понимаю, например, физические понятия, законы, формулы, но, думаю, в старших классах я смогу разобраться в этом вопросе подробнее. 

В своей работе я получил ответ на свой главный вопрос. Теперь я обязательно расскажу своим друзьям и знакомым о своих открытиях, и, быть может, кого-нибудь заинтересует эта увлекательная тема. А мальчишки, когда вырастут, обязательно захотят служить именно на военно-морском флоте, как мой папа.

Список используемой литературы

1. Большая иллюстрированная энциклопедия школьника М. «МАХАОН», 2003 – 51 с.

2. А. Дитрих, Г. Юрмин, Р. Кошурникова «Почемучка» М. «Педагогика», 1991 – 160-164 с.

3. Л.А. Горев "Занимательные опыты по физике" М. Просвещение, 1985– 27-31.

4. Сахарнов С. В. Плывут по морям корабли / С. В. Сахарнов, К. Д. Арон // «Едем, плаваем, летаем». – Москва: «Детская литература», 1993. – С. 7-36.

5. Использование Интернет-ресурса.