Почему деревянная лодка не тонет

Почему не тонут лодки и корабли?

Если вы построите деревянный плот, то сможете плыть на нем. Если же вы построите плот из железа или какого-нибудь другого металла, то он пойдет ко дну. Причина того, что деревянный плот не тонет, а железный тонет, кроется в разной плотности дерева и железа. Дерево менее плотный материал, чем вода, поэтому выталкивающая сила воды больше силы тяжести, действующей на деревянный плот (или больше его веса). Железо плотнее воды, и ее выталкивающая сила не способна преодолеть вес железного плота.

В прежние времена корабли и лодки строили в основном из дерева. Сейчас же они преимущественно сделаны из металлов. В чем же фокус? Почему корабли не тонут? Может быть внутри корабля много дерева, и оно «побеждает» железо?

Конечно, если взять большую доску и обшить ее сверху тонким листом металла, то вся конструкция не потонет. Ведь ее средняя плотность окажется меньше плотности воды. Если, например, плотность дерева равна 600 кг/м 3 , и доска имеет массу 100 кг, а железная обшивка имеет плотность 7800 кг/м 3 и массу 10 кг. То общая масса составит 120 кг, а общий объем 100 / 600 + 10 / 7800 ≈ 0,1667 + 0,0013 = 0,168 (м 3 ). Отсюда находим среднюю плотность конструкции 120/0,168 ≈ 714 (кг/м 3 ). Это меньше плотности воды (1000 кг/м 3 ), значит, конструкция будет плавать.

Однако, на самом деле все еще проще. Зачем обшивать дерево? Можно просто оставить внутри пустую полость и сделать так, чтобы туда не попадала вода. Точнее не пустую, а заполненную воздухом. Плотность воздуха всего 1,29 кг/м 3 .

Именно поэтому корабли, сделанные из металлов, плавают. Внутри них существуют большие полости, заполненные воздухом. В результате этого средняя плотность корабля меньше плотности воды, и выталкивающая сила удерживает корабль на плаву.

Если в полости корабля попадет вода, то он конечно же затонет. Чтобы возможность затопления свести на минимум, в подводной части корабля строят перегородки. В результате получаются отсеки, в которых вода из одного не может попасть в другой. Если корабль получит пробоину, то затопится только отсек в месте пробоины. Остальные останутся заполненными воздухом и будут удерживать корабль на плаву.

В любом случае корабль имеет вес. Этот вес равен весу воды, объем которой корабль «занимает» собой в море.

Как известно, корабли плавают не просто так, а перевозят различные грузы и людей. Пустой корабль весит меньше, а значит меньше будет «осаживаться» в море. Если его нагрузить, то корабль осядет в воду глубже. При чрезмерной нагрузке, корабль может вообще уйти под воду и утонуть.

Поэтому на корпусе судов отмечают специальную линию (ватерлинию). Судно не должно погружаться в воду так, чтобы эта линия оказалась под водой. Иначе любая сильная волна, плеснув воду на корму, может легко затопить корабль.

С другой стороны, пустое судно не должно быть слишком легким. Иначе его подводная часть будет слишком маленькой по отношению к надводной. В таком случае волны и ветер могут опрокинуть корабль.

Корабль, загруженный по ватерлинию, вытесняет самый большой объем воды. Вес этой воды называется водоизмещением конкретного судна. Грузоподъемность судна — это разность между водоизмещением и весом пустого судна; или, проще говоря, разность между загруженным кораблем, когда он имеет осадку по ватерлинию, и весом судна без груза.

Почему деревянные корабли тонут, если древесина легче воды?

Тот факт, что раньше корабли строили из древесины, никак не спасало их от затопления с последующим погружением под воду. Многочисленные фотографии от дайверов со всего мира свидетельствуют о том, что деревянные корабли тонут и покоятся на дне морском. И в связи с этим у многих может возникнуть вопрос: если древесина легче воды, то почему построенные из неё корабли тонут?

Действительно, если деревянный корабль получал пробоину в морских сражениях, то он постепенно заполнялся водой и тонул. Однако этот факт никак не вяжется с плотностью древесины, из которой он сделан, ведь она гораздо меньше чем плотность воды.

Таблица плотностей разных пород древесины в свежем и сухом состоянии:

Как можно видеть, популярные породы древесины, из которых строились корабли, значительно легче воды. И поскольку дерево всегда просушивалось перед использованием в строительстве, то получается, что плотность материала корабля почти в два раза меньше плотности воды, и даже при полном заполнении водой всех полостей, такой корабль с пробоиной затонуть не должен.

Однако факты кораблекрушений говорят об обратном: дерево не только хорошо держится на воде, но ещё и отлично тонет. И решающими здесь оказываются два фактора.

Во-первых, практически невозможно было найти корабль, на котором не было бы оружия. Как правило это стальные пушки с запасами стальных ядер. Всё это имеет плотность стали, которая примерно в 7,5 раза тяжелее воды. Плюс ко всему иногда корабли грузили другими стальными конструкциями. И таким образом получалось, что итоговая плотность корабля была всё же больше плотности воды, и именно поэтому они быстро тонули.

Однако это никак не объясняет то, что вокруг затонувших деревянных кораблей на дне лежат отдельные затонувшие доски брёвна.

И здесь вступает в силу второй фактор: дело в том, что древесина со временем пропитывается водой. Раньше этому не уделяли особого внимания. Практиковали обмазку наружных частей корабля жиром, а также воском и прочими водоотталкивающими покрытиями. Однако в условиях морской воды такая обмазка долго не сохранялась, но зато обходилась она дорого. И поэтому все корабли рано или поздно пропитывались солёной водой. И именно тогда древесина становилась тяжелее воды. Её плотность могла доходить до 1100 кг на кубометр, а это больше чем у морской воды.

Именно потому, что древесина имеет свойство пропитываться водой, в последствии отказались от сплава брёвен по рекам. Со временем они могли просто не доплывать до пункта назначения, потому что пропитывались пресной речной водой и тонули.

Комментарии 3

Какая- то уж очень примитивная статейка. Для дошколят, скорее всего. Ну, или для современников- отличников ЕГЭ, которые ни разу не слышали об Архимеде и законе выталкивающей силы. По преданию, Архимед открыл свой закон, находясь в ванной. Он был так поражен своим открытием, что выскочил из ванной и с криками «Эврика!» (нашел) бегал по городу. Между прочим, закон этот вовсе не такой уж очевидный и надо было обладать великим умом, чтобы осознать его.

И Архимед сразу применил его, решив задачу царя Гиерона. Он получил от мастера золотую корону, но заподозрил, что мастер его обманул, подмешав в золото серебро. Архимед взвесил корону на воздухе, а потом- в воде. И по разнице веса точно рассчитал, сколько серебра было добавлено.

А корабли тонут потому, что просто- напросто у них в трюмах есть груз. Но не всплывают даже доски, которые отламываются при ударе корабля о дно. Вот это происходит потому,что давление воды выжимает воздух, который есть между волокнами дерева. Материал спрессовывается, пропитывается водой и становится более плотным, чем вода.

Между прочим, вот вам занятная задачка: Вода плотнее воздуха примерно в 800 раз. Примерно каждые 10..12 метров погружения дают давление в одну атмосферу. А это значит, что примерно начиная с глубины в 8000 м пузырек воздуха сожмется в 800 раз и станет тяжелее воды. Значит, он упадет вниз! (хотя еще раньше просто мгновенно растворится). Вот это одна из причин, по которой подводная лодка никогда не сможет опуститься на такую глубину. То есть, она не сможет всплыть.

А знаете ли вы, как погибла американская п/л Трешер? Она попала в «линзу»- массив воды, имеющий более низкую плотность. Раз плотность ниже- значит, меньше масса вытесненной воды. Значит, лодка будет «падать». Она и упала ниже расчетной глубины. Последними словами командира были слова «Пытаемся продуть балласт». На глубине воздух сжимается- и его выталкивающая сила уменьшается. Поэтому лодка погружалась все глубже- пока не разрушилась.

По этой же причине батискаф Триест из Марианской впадины поднимался не за счет выталкивающей силы воздуха, а был применен поплавок, наполненный бензином. Он имеет меньшую плотность (0.7..0.8 г/см3). Но бензин- жидкость, а потому не сжимается!

Ну, и последний вопрос, который мне может задать внимательный читатель:

-Почему эта линза с меньшей плотностью (то есть более теплая) не всплывает?

Оказывается, здесь вмешивается еще и другой закон физики: В природе происходят те процессы, которые требуют наименьших затрат энергии. Если выгоднее теплообмен, чем всплытие массы воды- то более легкая вода будет не всплывать, а медленно охлаждаться до температуры окружающей среды.

Почему корабли не тонут? Описание, фото и видео

С самого зарождения кораблестроения люди прилагают массу усилий, стараясь создать корабли, которые не тонут. Первые деревянные суда были легче воды. Но развитие науки и знание законов физики позволило строить и стальные, и даже железобетонные суда.

Железобетонные корабли строились в Северной Америке в первой половине XX века, когда во время двух мировых войн ощущался дефицит стали.

Кораблю помогают не тонуть законы физики

Плавучесть судна определяется законом Архимеда: жидкость выталкивает тело с силой, равной весу жидкости в объеме погруженной в нее части тела. Основная хитрость здесь заключается в объеме – чем больше объем корабля, тем более толстыми можно сделать его металлические борта и тем больше дополнительного груза он может взять на борт, оставаясь при этом на плаву. Так получается потому, что основной внутренний объем корабля заполнен воздухом, который в 825 раз легче воды. Именно воздух придает плавучесть кораблю.

По этому же принципу возможно погружение и всплытие подводных лодок – при погружении балластные цистерны заполняются водой, лодка теряет плавучесть и погружается. При всплытии – в них подают воздух под давлением, вытесняющий воду. По этому же принципу плавает в ванне металлический тазик – внутри него находится воздух, занимающий большую часть всего объема тазика. Если же внутренний объем тазика заполнить камнями или металлом – он утонет, потому что вес его станет слишком большим.

Инженерные решения-остойчивость корабля

На плавучесть корабля, его способность сопротивляться силам ветра и волн действует принцип рычага. Если тазик, который спокойно плавает в ванне, запустить в речку – он вскоре наберет воды и утонет, потому что его будет наклонять ветер и захлестывать волны.

малая остойчивость

С кораблем тоже может случиться нечто подобное, если у него малая остойчивость. В истории бывали случаи, когда сотни пассажиров, собравшиеся у одного борта – вызывали крен судна и его затопление. Много кораблей гибло во время штормов из-за того, что их переворачивал ветер и волны.

Остойчивость судна

Остойчивость судна – это его способность сохранять устойчивое положение в воде. Зависит она от места, где находится центр тяжести судна. Чем он ближе к поверхности – тем проще перевернуть корабль и тем меньше остойчивость.

Именно поэтому у современных кораблей самые тяжелые агрегаты – ходовые двигатели, генераторы, танки с запасами воды и топлива находятся в нижней части. Там же располагаются грузовые трюмы. Моряки знают, что на полностью загруженном судне – качка ощущается намного меньше, чем на пустом.

Для смещения центра тяжести как можно ниже, конструкторы специально утяжеляют киль с помощью свинцовых накладок. В спортивных судах утяжеленный киль вообще крепится под судном отдельно на балках и называется выносным.

На остойчивость сильно влияет и форма борта – наименьшей обладают суда с полукруглым дном, наибольшей – спортивные тримараны, имеющие два выносных корпуса-опоры по бокам. Действительно, наличие дополнительных опор в верхней части борта помогает сохранять остойчивость, мешая судну накреняться. Это знали еще в древности и прикрепляли вдоль верхней части борта лодки связки сухого камыша. А современные туристы с этой целью используют надувные баллоны, привязывая их по бортам байдарок.

Обязательные правила морехода

Чтобы избежать смещения центра тяжести, при загрузке современных кораблей используются компьютерные программы, помогающие просчитать – куда и сколько груза можно поместить, чтобы сохранить мореходные качества судна. Ответственным за правильное размещение груза является старший помощник капитана. Он командует погрузкой и в соответствии с расчетами, самые тяжелые грузы размещаются в трюмах, а более легкие – на палубе. Груз на корабле обязательно «найтовится», то есть привязывается. Это нужно, чтобы во время шторма он не перекатывался по трюмам и не изменял центр тяжести судна.

Весь корпус корабля разделен на герметичные отсеки. В нормальном состоянии перегородки между отсеками открыты. Когда корабль получает пробоину – тот отсек, где она расположена, перекрывается герметичными перегородками, чтобы вода не могла заполнить весь корпус.

Опасно во время шторма разворачивать корабль «лагом к волне», то есть боком. Слишком велика вероятность, что сильная волна перевернет корабль. Также опасна и волна в корму. Поэтому часто океанские суда во время сильных штормов начинают двигаться носом против волн, уходя с намеченного курса – это самый безопасный для корабля способ пережить непогоду. И только после окончания шторма они возвращаются на нужный курс.

Плавучесть и остойчивость судна – это основные его качества, обеспечивающие безопасность. Поэтому правила, помогающие сохранить их – обязательны к соблюдению. А конструкторские решения, способствующие их улучшению, всегда приветствуются.

Почему корабли не тонут – интересное видео

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.