На предыдущем уроке говорилось, что если плотность тела больше, чем плотность жидкости, то тело будет тонуть.
Корабли сделаны из стали. Её плотность 7 800 кг/м3. Плотность воды 1000 кг/м3.
Получается плотность стали почти в 8 раз больше плотности воды. Тем не менее, корабли плавают на поверхности.
Чтобы понять, как это происходит, проведём мысленный эксперимент. Возьмём однородный шар из- стали и бросим его в воду.
Поскольку плотность стали больше плотности воды, тело начнёт тонуть, пока не достигнет дна.
Поместим рядом кусок стали такого же размера и массы. Затем раздуем его, сохранив при этом массу.
Такое возможно, если внутри него образуется пустота. Заполним её воздухом.
Поскольку увеличился объём тела, увеличилась сила Архимеда. Но она пока ещё меньше силы тяжести, поэтому тело продолжает лежать на дне.
Если раздуть тело ещё больше, то сталь станет лишь тонкой сферической оболочкой.
Масса при этом останется прежней. Сила Архимеда станет больше силы тяжести и тело будет всплывать на поверхность, пока сила Архимеда не уравняется с силой тяжести из-за уменьшения погруженной части тела.
Теперь отрежем верхнюю половину тела, приделаем палубу и надстройку с трубой.
Получился корабль.
Получается, несмотря на то, что корпус корабля сделан из стали, поскольку внутри него воздух, то его средняя плотность получается меньше плотности воды.
Придадим нашему кораблику более реалистичный вид и рассмотрим некоторые его характеристики.
Нижняя часть корабля находится на некоторой глубине. Расстояние от неё до поверхности воды обозначим h. Называется оно осадкой судна. Его определение следующее.
Осадкой судна называется глубина, на которой располагается самая нижняя часть судна.
Если глубина водоёма меньше осадки судна, то судно сядет на мель.
В зависимости от веса груза на борту, осадка может меняться. Чем больше груза расположено на судне, тем ниже осадка. Если судно сильно перегрузить, оно утонет.
Однако недогруженность судна тоже опасна. В этом случае корабль слишком высоко высунут из воды, поэтому есть риск того, что он перевернётся.
Для того, чтобы соблюдать приемлемую нагруженность, на бортах кораблей наносится хорошо различимая полоса, которая называется ватерлинией. При полной загрузке судна, она должна находится на границе воды.
Отсюда следует её определение. Ватерлиния — это линия на корпусе судна, разделяющая его подводную и надводную части в случае полной загрузки судна.
На ватерлинии также наносится шкала, чтобы оценить осадку более точно.
Ещё одна важная характеристика судов — их водоизмещение.
Водоизмещение — это масса или вес воды, вытесняемый полностью загруженным судном. Чаще всего оно измеряется в тоннах.
Масса вытесненной воды равна массе судна с грузом, поэтому, зная водоизмещение, мы знаем массу судна с грузом.