проект. проект Махновская А. А.. БелГУ Направление техника и технологии Почему корабли не тонут
 Скачать 1.35 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ( Н И У « Б е л Г У » ) Направление: техника и технологии Почему корабли не тонут? Работу выполнил: Илькаев Глеб Александрович, обучающийся 3 класса Научный руководитель: МахновскаяАнна учитель начальных классов г. Белгород, 2022 2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 3 ГЛАВА 1. Корабль – сложное изобретение человека 4 1.1. Исторические сведения о кораблях 4 1.2. Строение корабля 5 ГЛАВА 2. Практическая часть 8 2.1. Опыт № 1 «Влияет ли материал, из которого сделан корабль, на его плавучесть?» 8 2.2. Опыт № 2 «Воздух легче воды?» 9 2.3. Опыт № 3 «Эффект рассола» 9 2.4. Опыт № 4 «Чем больше тело, погружённое в воду, тем больше воды оно вытесняет» 9 2.5. Опыт № 5 «Влияние формы на плавучесть корабля» 10 2.6. Опыт № 6 «Больше площадь – больше груза» 10 2.7. Опыт № 7 «Почему под воздействием волн корабли не переворачиваются?» 10 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 12 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 13 ПРИЛОЖЕНИЯ 14 3 ВВЕДЕНИЕ С момента присоединения Крыма к России с каждым годом кораблей становится всё больше. И я начал задумываться – почему корабли и большие, и маленькие, которые перевозят груз, которые перевозят людей, плавают по морю и не тонут. Проблема исследования: каковы причины, по которым корабли не тонут? Цель исследования: выявить причины, по которым корабли не тонут. Для достижения цели нужно выполнить ряд задач: 1. Изучить историю появления кораблей. 2. Рассмотреть строение корабля. 3. Собрать и изучить информацию о причинах, по которым корабли не тонут; 4. Провести опыты, которые смогут объяснить, почему корабли плывут по морю и не тонут. Объект исследования: процесс перемещения кораблей по воде. Предмет исследования: перемещение кораблей по воде. Гипотеза исследования: существует несколько факторов, влияющих на то, что корабли не тонут. А именно: − корабли не тонут, потому что имеют особую форму; − корабли не тонут, потому что сделаны из определённых материалов; − вода оказывает своё влияние на непотопляемость кораблей. Методы исследования: изучение литературы по теме и её анализ; проведение опытов; оценка результатов проведённых опытов, обобщение полученного материала. Практическая значимость: результаты моего исследования будут использованы на школьных уроках. 4 ГЛАВА 1. Корабль – сложное изобретение человека 1.1. Исторические сведения о кораблях Рассматривая такой интересный предмет, как история кораблестроения, очень важно смотреть не только на достижения в этой сфере за последние десятилетия, но и на самые первые попытки древних людей совершать морские путешествия. Океан, большая вода всегда привлекали людей и заставляли их стремиться за горизонт в поисках пропитания, лучшей судьбы, открытия новых торговых путей. Именно поэтому даже в самой древней истории человечества уже встречаются первые заметки о тогдашнем кораблестроении и попытках смельчаков отправиться в далекие странствия. Кто первым изобрел лодку, парус, весла и прочие атрибуты данной сферы – сказать совершенно невозможно, так как проследить подобное не представляется возможным. В книге «Энциклопедия транспорта» я прочитал, что ещё очень давно люди научились строить простые лодки, которые называли челнами. Они представляли собой ствол дерева с заострёнными краями, выдолбленный в середине. Индейцы Карибских островов называли их kanus, отсюда и пошло название «каноэ». Считается, что прообраз паруса появился в глубокой древности, когда человек только начал строить лодки и отважился выйти в море. Вначале парусом служила просто натянутая звериная шкура. Стоявшему в лодке человеку приходилось обеими руками держать и ориентировать ее относительно ветра. Уже на древнейших дошедших до нас изображениях кораблей египетской царицы Хатшепсут можно видеть деревянные мачты и реи, а также штаги (тросы, удерживающие от падения назад мачту), фалы (снасти для подъема и спуска парусов). Следовательно, появление парусного судна надо отнести к доисторическим временам. Многое свидетельствует о том, что первые большие парусные корабли появились в Египте, и Нил был первой многоводной рекой, на которой стало развиваться речное судоходство. Каждый год с июля по ноябрь 5 могучая река выходила из берегов, заливая своими водами всю страну. Селения и города оказывались отрезанными друг от друга подобно островам. Поэтому суда были для египтян жизненной необходимостью. Позже появились быстроходные корабли с парусами и вёслами, вскоре корабли стали оснащаться паровыми двигателями. 19 век принёс паровые машины, которые стали более важным фактором, нежели направление и скорость ветра, а также количество гребцов. Обшивка корпусов начала делаться из металла, что повысило их прочность. Именно в это время, в 1807 г., появился первый пароход. Русский инженер Александровский придумал в 1865 году торпеду − новый вид вооружения, который стал незаменим на большинстве тогдашних судов. И старинные лодки, и современные лайнеры – всё это удивительные изобретения человека, о которых всегда хочется узнать побольше. Современные суда уже оборудованы мощными двигателями, а некоторые работают даже на ядерной энергии (Приложение 1). Что касается видов кораблей, то Единой международной классификации кораблей не существует, и в каждой отдельной стране, имеющей свои военно-морские силы, принята своя система деления кораблей на классы. Парусные корабли делят по количеству мачт, также основанием классификации может быть количество пушек. В России собственная классификация кораблей начала складываться после завершения эры парусного флота, т.е. с середины 19 века. В качестве критерия классификации используется водоизмещение корабля. 1.2. Строение корабля У любого корабля имеются основные его части: корпус, нос и корма; обычно он имеет продолговатую форму, напоминающую глубокую посуду. Палубы на корабле закрывают его как крышки. На корабль наносится специальная линия – ватерлиния (контрольная отметка, до которой можно загружать судно). Если её видно над поверхностью воды, то значит, что всё в порядке; если эта линия находится под водой, то вероятнее всего будет затопление корабля. (Приложение 2) 6 Если говорить о корабле вообще, будь то военный корабль или гражданское судно, то корпус его представляет собой водонепроницаемое тело обтекаемой формы, полое внутри. Корпус обеспечивает плавучесть судна и является базой или платформой, на которой монтируется оборудование или вооружение в зависимости от назначения корабля. Тип судна обуславливает и форму корпуса, и его размеры. Корпус корабля состоит из набора и обшивки. Переборки и палубы – это элементы, присущие определенным типам судов. Обшивка может быть изготовлена из дерева, как в древности и сегодня, пластмасс, сваренных между собой или склепанных стальных листов или даже железобетона. Палубы называются по расположению на судне нижней, средней и верхней. Количество палуб зависит от размеров судна, его назначения и конструкции. Речные суда и суда смешанного плавания имеют одну главную или верхнюю палубу. Морские, как, например, пассажирское судно, три палубы. Круизный лайнер может иметь значительно больше палуб. Например, на «Титанике» их было четыре. Самый новый лайнер «Royal Princess» имеет девятнадцать палуб. Строение корабля военного или гражданского судна подразумевает наличие водонепроницаемых отсеков, которые увеличивают его непотопляемость. Внутренние вертикальные стенки (переборки) выполняются водонепроницаемыми, разделяющими по длине внутренний объем корабля на отсеки. Они препятствуют заполнению водой всего внутреннего объема при повреждении в подводной части корабля и распространению пожара. Отсеки корабля, в зависимости от назначения, имеют свои названия. Главные силовые установки устанавливаются в отсеке, который называется моторным или машинным отделением. Машинное отделение от котельного отделяется водонепроницаемой перегородкой. Грузы перевозят в грузовых отсеках (трюмах). Жилые помещения для экипажа и пассажиров называют жилыми и пассажирскими трюмами. Топливо хранится в топливном отсеке. 7 Строение корабля – не только корпус и надстройки, это еще и судовые устройства, специальное оборудование и палубные механизмы, обеспечивающие эксплуатацию судна. Без рулевого или якорного устройства не представляют корабль даже люди, далекие от кораблестроения. Все современные суда оборудованы сложным навигационным оборудованием для определения направления движения (курса) и глубин, измерения скорости хода и обнаружения препятствий в тумане или встречных судов. Внешняя и внутренняя связь на корабле осуществляется с помощью радиооборудования: радиостанций, ультракоротковолновых радиотелефонов, судовых телефонных станций. Судовые помещения, сколько бы их ни было на судне, делятся на несколько групп. Это жилые помещения для команды (офицерские каюты и матросские кубрики) и для пассажиров (каюты различной вместимости). Общественные помещения – это салоны, кинозалы, рестораны, библиотеки. Например, круизный лайнер Oasis of the Seas на борту имеет 20 ресторанов, настоящий ледовый каток, казино и театр, рассчитанный на 1380 зрителей, ночной клуб, джаз-клуб и дискотеку. К санитарно-хозяйственным помещениям относятся прачечные, душевые, ванные комнаты, бани, а также кухни, всевозможные кладовые и подсобные помещения. В служебные помещения пассажирам обычно доступ запрещен. Это помещения, в которых осуществляется управление судном, или находится радиооборудование, машинное отделение, мастерские, кладовые для запчастей и других судовых запасов. 8 ГЛАВА 2. Практическая часть 2.1. Опыт № 1 «Влияет ли материал, из которого сделан корабль, на его плавучесть?» Чтобы это выяснить, я взял 5 предметов: из железа, из пластика, из дерева, из пластилина и из стекла. Поочерёдно погружал их в воду, как оказалось, предметы из металла, стекла и пластилина утонули, а из дерева и пластмассы – нет. (Приложение 3) Тело Вещество Тонет Не тонет Пинцет Металл + − Крышка Пластмасса − + Прищепка Дерево − + Шарик Пластилин + − Шарик Стекло + − На уроках окружающего мира я узнал, что всё состоит из крошечных частичек – молекул. Те предметы, в которых молекулы располагаются очень близко друг к другу – обладают большей плотностью и быстрее идут ко дну. А предметы, в которых молекулы расположены далеко друг от друга, обладают меньшей плотностью, поэтому остаются плавать на поверхности воды. У железа, стекла и пластилина плотность больше, чем плотность воды, и поэтому они утонули. Современные корабли сделаны из металла, следовательно, «плавучесть» корабля не зависит от материала, из которого он изготовлен. Поэтому гипотеза о том, что корабли не тонут, потому что сделаны из определённых материалов, неверна. Тогда я вспомнил, что на море, когда я учился плавать, мне помогали нарукавники, накаченные воздухом. Может, именно воздух удерживает корабль на поверхности? Я решил провести второй опыт. 9 2.2. Опыт № 2 «Воздух легче воды» Я взял пустую стеклянную баночку, закрыл её и опустил в воду на дно, но как только я её отпустил, она сразу поднялась на поверхность. А ведь в первом опыте стеклянный предмет утонул. (Приложение 4) На самом деле воздух удерживает предметы на поверхности. Получается, что именно воздух удерживает корабль на плаву. Из книжек я узнал, что есть ещё и другая сила, которая удерживает корабль на поверхности воды. И мама мне рассказывала о древнегреческом учёном Архимеде, который изучал плавучесть тел. Я узнал, что чем больше предмет, опускаемый в воду, тем больше воды он вытесняет. Таким образом, в моём опыте на баночку снизу действовала сила Архимеда, которая выталкивала его на поверхность. 2.3. Опыт № 3 «Эффект рассола» Так как в нашем море вода солёная, я решил проверить на плотность солёную воду и пресную. Стакан я наполнил водой и опустил туда яйцо, оно оказалось на дне. Затем стал добавлять понемногу в воду соль до тех пор, пока яйцо полностью не всплыло. Это значит, что от соли плотность воды увеличилась. (Приложение 5) Теперь я могу сказать, что солёная вода плотнее пресной, поэтому выталкивающая сила солёной воды больше, чем пресной. 2.4. Опыт № 4 «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 я обозначил границу воды. Опустил пластилин в воду и стал наблюдать за тем, как будет изменяться уровень воды в зависимости от величины шарика. Уровень воды поднялся на 0,1 см, когда я бросил в воду маленький кусок пластилина. И стал выше на 0,4 см, когда я опустил туда большой пластилиновый шарик. (Приложение 6) Так я понял, что значение уровня воды зависит от размера предмета, опускаемого в воду. 10 В опыте № 1 я опускал на дно ёмкости с водой пластмассовую фигурку, в которой нет воздуха, а она через некоторое время всплыла на поверхность. Как будто какая-то сила подняла её на поверхность. Получается, чтобы предмет не тонул, он должен быть легче воды. Но как быть с кораблями? Ответ на этот вопрос мне подсказали взрослые. При увеличении площади предмета увеличивается количество воды, которую этот предмет выдавливает при погружении. Чем больше выдавливается воды предметом, тем сильнее вода выталкивает этот предмет на поверхность. Это действие закона Архимеда. 2.5. Опыт № 5 «Влияние формы на плавучесть корабля» Я опустил металлическую крышку на воду сначала в горизонтальном положении, а потом вертикально. В горизонтальном положении крышка не утонула, а в вертикальном сразу пошла на дно. Следовательно, корабль не тонет, так как имеет большой объём. (Приложение 7) Я вылепил из пластилина лодочку и пустил её в воду, она держится на воде. Волшебство свершилось: тонущий материал плавал на поверхности воды. Потом я достал лодочку, смял в комок и опустил в воду обратно. Этот комок пластилина погрузился на дно. Из этого я сделал вывод, что непотопляемость корабля зависит и от его строения. (Приложение 8) 2.6. Опыт № 6 «Больше площадь – больше груза» Я уже выяснил, что плавучесть предметов зависит и от их площади. Наверное, и груз они выдержат разный? Я нагрузил шариками формочку. Она утонула. Из этого следует, что корабль будет находиться на плаву до тех пор, пока его вес будет меньше или равен весу вытесненной им жидкости. (Приложение 9) 2.7. Опыт № 7 «Почему под воздействием волн корабли не переворачиваются?» Ещё, я увидел у своего младшего братика игрушку – неваляшку, и решил использовать пустую пластиковую бутылку. В воде она плавала, тогда, я наполнил дно бутылки монетками, шариками из стекла и пластилина, она встала. 11 Получается, что центр тяжести – ниже основной части бутылки, и поэтому при любой качке корабль не перевернётся. (Приложение 10) 12 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Я провёл достаточно много опытов и разобрался, почему корабли не тонут. Корабли не тонут, потому что имеют особую форму и строение. Чем больше объём вытесненной воды, тем больше её выталкивающая сила. Это закон Архимеда. Именно эта сила позволяет кораблям держаться на поверхности воды и перевозить многотонные грузы. Железные корабли проектируют и строят с таким расчётом, чтобы при погружении они вытесняли огромное количество воды, вес которой равен их весу в загруженном состоянии (это называется водоизмещением корабля). В этом случае на них будет действовать выталкивающая архимедова сила соответствующей величины. Вот ещё одна причина, почему корабли не тонут. Корабль внутри имеет множество пустых, наполненных воздухом помещений и средняя его плотность значительно меньше плотности воды. Именно поэтому он держит корабль на поверхности воды и не даёт затонуть. Корабль даже с очень большим на борту грузом будет плыть по водам морей и океанов. 13 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1.Али Митгуш: Корабли. Искусство навигации от первобытных времен до наших дней. М.: Мелик-Пашаев, 2017. – 300 с. 2. Большая иллюстрированная энциклопедия школьника М.: Махаон, 2003. – 285 с. 3. Малов В.И. Все о технике. Автомобили, самолеты, поезда, корабли. М.:АСТ, 2018. – 312 с. 4. Сахарнов С.В. История корабля. Пермь: Мещерякова, 2016. – 217 с. 5. Энциклопедия транспорта. Ростов н/Д: Проф – Пресс, 2013. – 410 с. 6. Корабль [Электронный ресурс] − режим доступа: https://ru.wiki/Корабль 7. Классификация кораблей [Электронный ресурс] − режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Классификация_кораблей 14 ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1 15 Приложение 2 16 Приложение 3 Приложение 4 17 Приложение 5 Приложение 6 18 Приложение 7 Приложение 8 19 Приложение 9 Приложение 10 |