Фізика. 7 клас. Шут

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 36. Водний транспорт. Повітроплавання

1. Водний транспорт. Незважаючи на те, що густина сталевих конструкцій корпусів сучасних суден набагато більша за густину води, проте завдяки наявності великих порожнин у корпусах суден, виникає достатня виштовхувальна сила для їх плавання.

Найбільшу допустиму осадку позначають на корпусі судна лінією, яка називається ватерлінією (від англійського слова «water-line») (рис. 196). Вага води, яка витискується судном при зануренні до ватерлінії, називається водотоннажністю судна.

Серед судноплавних річок та внутрішніх водоймищ України основним є Дніпровський каскад: Дніпро та його притоки — Прип’ять, Десна; головні порти — Київ, Дніпропетровськ, Запоріжжя, Херсон. Судноплавними є також Дністер, Південний Буг, Дунай.

2. Підводний човен. А як здійснюється рух суден під водою? Розглянемо плавання підводного човна. Він повинен мати можливість занурюватись у воду, зринати, а також рухатись під поверхнею води, незважаючи на те, що на нього діє величезна сила тяжіння! Об’єм підводного човна змінити не можна, але може бути змінена його загальна вага. Для цього у конструкції підводного човна передбачені баластні цистерни (рис. 198). Набір забортної води у баластні цистерни забезпечує збільшення сили тяжіння, що діє на човен (рис. 198, а). Ця сила стає більшою за архімедову силу, внаслідок чого човен поринає в морські глибини. Для підйому човна на поверхню баластні цистерни звільнюють від води за допомогою стиснутого повітря (рис. 198, б).

Рис. 196. Найбільш допустима осадка судна — ватерлінія

Глибина, на яку судно занурюється у воду, називається осадкою.

Україна має як морський, так і річковий торговельний та пасажирський флоти. Є в Україні й власна суднобудівельна промисловість.

Перша верф була збудована в Україні ще в 1788 р. у м. Миколаєві — нині це Миколаївський суднобудівельний завод, найбільший в Україні (рис. 197). Річкові судна та судна типу «річка-море» будуються ще й у Херсонському суднобудівельному об'єднанні та на Київському суднобудівельному заводі

Рис. 197. Сухогруз «Микола Бажан» Чорноморського пароплавства (порт приписки Одеса), побудований на Миколаївському суднобудівельному заводі «Океан». Довжина судна — 215,4 м, осадка 12,3 м, водотоннажність 50150 т

Сучасні підводні човни (рис. 199) вражають своїми розмірами: вони мають довжину в середньому від 100 до 180 метрів та висоту від 15 до 20 метрів! Швидкість руху підводних човнів сьогодні досягає 80 км/год (43 вузла). Водотоннажність підводних човнів — тисячі тонн, а глибина занурення — до 280 м. Підводні човни — це основне озброєння військово-морських сил різних держав світу. Вони використовуються також у науково-дослідних цілях, зокрема, для дослідження процесів у земній корі.

3. Батискаф. Крім підводних човнів, можливість плавати під поверхнею води мають батискафи. Це підводні апарати для океанографічних досліджень на великих глибинах. Вони рухаються за допомогою гребних гвинтів, які приводяться у рух моторами. Перший батискаф був побудований у 1948 році. Батискаф має легкий корпус «поплавок», який заповнюється речовиною, що мало стискається і легша за воду, наприклад, бензином. До поплавка кріпиться гондола, у якій підтримується нормальний тиск і знаходяться екіпаж, пульти керування та обладнання (рис. 200). Батискафи можуть занурюватись на глибини до декількох кілометрів.

4. Повітроплавання. Врахування архімедової сили є необхідним й у повітроплаванні, де використовуються апарати, легші за повітря. Перші такі апарати були винайдені у 1783 році французами — братами Монгольф’є (рис. 201).

Рис. 198. Зміна ваги підводного човна: а) баластні цистерни заповнюються забортною водою і човен занурюється; б) баластні цистерни звільнюються від води і човен зринає

Рис. 199. Підводний човен «Запоріжжя» військово-морських сил України; довжина — 91,3 м, водотоннажність — 2475 т

Незважаючи на те, що з часу винайдення повітряної кулі пройшло близько двох століть і за цей час відбувся бурхливий розвиток авіаційної й ракетно-космічної техніки, різновиди повітряних куль й сьогодні продовжують слугувати людям. Зокрема, аеростати та стратостати запускають як радіозонди — розвідники високих шарів атмосфери. Аеростати також використовуються в техніці, зокрема під час будівельно-монтажних робіт на висотних спорудах, для туристичних подорожей та як спортивна розвага (рис. 202).

У 1900 році у Німеччині був побудований перший дирижабль (від французького слова dirigeable — керований) — керований аеростат. Дирижаблі мають гондолу для розміщення пасажирів, екіпажу, обладнання. Переваги дирижаблів порівняно із літаками полягають в тому, що вони можуть нерухомо висіти у повітрі або підніматись і опускатись по вертикалі без використання двигунів. Дирижаблі є цінними і в наш час, за умов енергетичної кризи. Вони прості в керуванні, витрачають небагато палива, не створюють значних шумів і майже не забруднюють повітря. Одержуючи сьогодні друге життя, дирижаблі використовуються для розвантаження суден, монтажу ліній електропередач, піднімання та транспортування вантажів (рис. 203). Цікаво, що їх розглядають навіть як конкурентів гелікоптерам.

Рис. 200. Батискаф найвідомішого дослідника морських глибин Жака Іва Кусто

Рис. 201. Перший політ повітряної кулі братів Монгольф’є

Рис. 202. Змагання повітряних куль у м. Кам’янець-Подільському

Рис. 203. Сучасний дирижабль для транспортування вантажів

Фізичні дослідження в Україні

Чи знаєте ви, що перший в Україні дирижабль цивільного призначення «Київ» сконструював у 1911 році відомий інженер-конструктор у галузі дирижаблебудування Федір Фердинандович Андерс (1868-1926)? Він увесь час жив і працював у Києві, закінчив Київський політехнічний інститут. У 1924 році Андерс розробив оригінальний проект дирижабля, об’єм якого можна було змінювати під час польоту.

Подумайте і дайте відповідь

  • 1. Що таке осадка судна; ватерлінія; водотоннажність?
  • 2. Що представляють собою підводні човни? батискафи?
  • 3. За рахунок чого піднімається повітряна куля?
  • 4. Що таке дирижабль? Які його переваги порівняно із літаками?

Розв’яжіть задачі та оцініть результати

Вправа 36.

  • 1. Як зміниться осадка судна при тому самому навантаженні після переходу з річки в море?
  • 2. Які технічні особливості підводних човнів дозволяють їм занурюватись на глибину? зринати?
  • 3. Відомо, що куля-радіозонд зазвичай на великій висоті лопається. З чим, на вашу думку, це пов’язане?