§53. Плавание судов

Вопросы

1. На чём основано плавание судов?

Ответ:

Плавучесть судов основана на действии силы Архимеда.
Если сила тяжести $F_{тяж}$ равна архимедовой силе $F_{А}$, то тело может находиться в равновесии в любом месте жидкости, т. е. если
$F_{тяж} = F_{А}$, то тело плавает, если $F_{тяж} < F_{А}$, то всплывает вверх.

2. Что называют осадкой судна?

Ответ:

Осадка это глубина погружения корпуса судна в воду. При этом максимальная допустимая осадка для данного судна называется ватерлинией.

3. Что такое ватерлиния?

Ответ:

Максимальная допустимая осадка для данного судна называется ватерлинией.

4. Что называют водоизмещением судна?

Ответ:

Водоизмещением можно назвать максимальный вес судна с грузом. Водоизмещение рассчитывается как вес воды, вытесняемой судном при погружении до ватерлинии, равный массе судна с грузом.

Упражнение 28

1. Как изменится осадка корабля при переходе из реки в море? Ответ объясните.

Ответ:

Мы знаем, что соль добавляет плотности воде, то есть вода в море плотнее, чем в реке. 
Сила выталкивания равна $F_{А} = gρ_{ж}V_{т}$.
В итоге, в зависимости от плотности, получается, что осадка корабля уменьшится, судно чуть всплывет.

2. Сила тяжести, действующая на судно, 100000 кН. Какой объём воды вытесняет это судно?

Ответ:

Дано:
$F_{тяж}$= 100 000 кН;
ρ = 1000 кг/$м^{3}$;
V−?
Решение:
$F_{тяж} = F_{А} = gρ_{ж}V_{т}$;
$V=\frac{F_{тяж}}{gρ_{ж}}$;
g = 9,8 Н/кг;
$V=\frac{100 000 000}{9,8 * 1000} = 10204 м^{3}$.
Ответ. 10204 $м^{3}$.

3. Плот, плывущий по реке, имеет площадь 8 $м^{2}$. После того как на него поместили груз, его осадка увеличилась на 20 см. Каков вес помещённого на плот груза?

Ответ:

Дано:
S = 8 $м^{2}$;
Δh = 20 см;
ρ = 1000 кг/$м^{3}$.
P−?
Решение:
V = S * Δh;
Δh (м) = 20 * 0,01 = 0,2 м;
V = 8 * 0,2 = 1,6 $м^{3}$;
$P = F_{тяж} = F_{А} = gρ_{ж}V_{т}$;
g = 9,8 Н/кг
P = 9,8 * 1000 * 1,6 = 15680 Н.
Отве. 15680 Н.

Задание

1. На рисунке 160 изображены два прибора, плавающие в воде, называемые ареометрами.
Пояснение. Эти приборы используются для измерения плотности жидкости. Первый ареометр, изображённый на рисунке 160,а, предназначен для жидкостей, имеющих плотность меньшую, чем вода. Деления на нём нанесены сверху вниз. Второй (рис. 160,б) для жидкостей с плотностью большей, чем вода. Деления на нём нанесены снизу вверх. Цифрой 1000 обозначена плотность воды: ρ=1000кг/$м^{3}$.
а) Объясните действие таких приборов.
б) Используя пробирку или деревянную палочку и кусочки свинца, изготовьте ареометры для жидкостей, имеющих плотности большую и меньшую, чем вода.

рис. 160

Ответ:

а) Ареометр — это прибор для измерения плотности жидкостей, принцип функционирования которого основан на Законе Архимеда.

По факту это поплавок с проградуированной шкалой. Если плотность жидкости высокая, то шкала с поплавком поднимается.
Если плотность низкая, то шкала с поплавком опускается.
Значения плотности жидкости считывают по шкале ареометра.

2. Налейте в стакан воду, введите в воду конец пипетки и выпускайте из неё понемногу воздух. Затем наберите в пипетку немного жидкого масла и пускайте его под водой по капле. Что вы наблюдаете? Сделайте вывод.

Ответ:

В воде масло и воздух поднимаются на поверхность жидкости, что говорит о их меньшей плотности по сравнению с водой.