Плавание судов. Воздухоплавание

Плавание судов. Воздухоплавание

Тяжёлые корабли из стали плавают — потому что в их конструкции есть большие воздушные полости. Это позволяет перевозить грузы по воде и воздуху.

Водоизмещение судна

Водоизмещение — это вес воды, вытесненной плавающим судном при полном погружении до ватерлинии.

Численно водоизмещение равно максимальному весу судна с грузом, при котором оно ещё не тонет.

Водоизмещение океанских лайнеров достигает десятков и сотен тысяч тонн.

Осадка и ватерлиния

Осадка — это глубина, на которую судно погружено в воду.

Ватерлиния — это отметка на корпусе судна, показывающая максимально допустимую осадку при загрузке в пресной и морской воде.

Если судно погружается глубже ватерлинии — это опасно: корабль может потонуть.

Почему корабли не тонут

Корпус корабля имеет большой объём, внутри которого много воздуха. Средняя плотность корабля (сталь + воздух) меньше плотности воды.

Танкер «весит» десятки тысяч тонн, но вытесняет столько воды, что сила Архимеда уравновешивает его вес.

Грузоподъёмность

Грузоподъёмность — это максимальная масса груза, которую судно может принять без опасности потопления.

Танкеры и контейнеровозы перевозят до 200 000–400 000 тонн груза за рейс.

Подводные лодки

Подводная лодка имеет балластные цистерны:

• заполнение водой → средняя плотность растёт → лодка погружается
• вытеснение воды сжатым воздухом → плотность падает → лодка всплывает
• уравновешивание → лодка «зависает» на нужной глубине

Это позволяет подводным лодкам маневрировать по вертикали без двигателей.

Воздухоплавание

Воздухоплавание — это полёты аппаратов легче воздуха (аэростатов, воздушных шаров, дирижаблей).

Принцип: шар поднимается, если средняя плотность шара меньше плотности окружающего воздуха.

Сила Архимеда в воздухе действует по тому же закону, что и в жидкости.

Виды воздушных шаров

• монгольфьер — шар с горячим воздухом (плотность нагретого воздуха меньше)
• шарльер — шар, наполненный водородом или гелием (лёгкие газы)
• дирижабль — управляемый аэростат с двигателями

Подъёмная сила аэростата

Подъёмная сила — это разность между силой Архимеда и весом шара (оболочка + газ + груз):

$F_{\text{под}} = F_A - m g$

Чем больше объём шара и легче газ внутри, тем больше подъёмная сила.

Применение воздухоплавания

• метеозонды — измеряют параметры атмосферы на высоте
• воздушные шары — спорт, туризм
• дирижабли — наблюдение, реклама, транспортировка грузов в труднодоступные места
• стратостаты — подъём в стратосферу для научных исследований

Вопросы для самопроверки

1. Что такое водоизмещение судна?
2. Что такое осадка и ватерлиния? Зачем они нужны?
3. Почему стальной корабль не тонет?
4. Как submarina меняет глубину погружения?
5. Какие виды воздушных шаров вы знаете? На чём основано их действие?