почему подводная лодка не тонет

муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждениесредняя общеобразовательная школа № 20

г. Минеральные Воды

Исследовательский проектТема: "Почему подводная лодка не тонет?"

Автор работы: Гиричев Серафим 2 «б» класс

Научный руководитель и консультант:Раевская Анна Георгиевна, учитель

г. Минеральные Воды2015-2016 уч.г.

Оглавление.

1.Введение; 2. История развития подводного кораблестроения; 3. Механизм погружения и всплытия подводной лодки; 4. Экспериментальное доказательство механизма погружения и всплытия

подводной лодки; 5.Заключение;6. Список источников.7.Приложения.

1.Введение.

Я очень люблю строить корабли и потом пускать их на воду. Вместе с папой мы собираем модели парусников. (См.7.Приложения Фото 1-4) И он мне объяснил, что корабли не тонут, потому что воздух внутри корабля держит его на плаву. Закон Архимеда гласит, что на погруженное в воду тело действует сила, равная весу вытесненной им воды. Корабль вытесняет воды так много, что возникает большая выталкивающая сила, которая и держит его на плаву. Но способность держаться на плаву зависит также от плотности материала, из которого построено судно, то есть от отношения его массы к объему. Корпус корабля делают из металла (например, железа) — это тяжелый материал. Но внутри корабля находится заполненное воздухом полое пространство, поэтому средняя плотность корабля оказывается ниже плотности воды, и он не тонет.

А потом по телевизору я увидел огромную подводную лодку с командой из десятков человек способные месяцами находиться под водой. И мне стало интересно, как же может подводная лодка погружаться в воду, свободно плавать и не тонуть?

Объект исследования: подводная лодкаПредмет исследования: механизм погружения и всплытия подводной

лодкиМетоды исследования:- Беседы с взрослыми- Изучение научной литературы- Работа с компьютером- Наблюдения- Проведение опытов, экспериментовЦель: экспериментальным путем обосновать механизм погружения и

всплытия подводной лодки с точки зрения физики.Задачи:- узнать историю развития подводного кораблестроения- создать макет подводной лодки- объяснить механизм погружения и всплытия подводной лодки- опытным путем показать механизм погружения и всплытия подводной

лодки

Гипотеза исследования:Мы предположили, что как и всякое физическое тело, подводная лодка

подчиняется закону Архимеда, то механизм её погружения и всплытия можно показать в домашних условиях.

2.История развития подводного кораблестроения.

2.1.Идея подводного судна уходит своими корнями в античные времена. Существуют предположения, что в IV веке до н. э. Александр Македонский использовал нечто принципиально похожее на водолазный колокол в разведывательных целях, о чём сохранились свидетельства на картинах более позднего времени. (См.7.Приложения Фото 5)

2.2.Первым успешно функционирующим подводным судном стала вёсельная подводная лодка голландского механика и физика начала XVII века Корнелия Ван-Дреббеля, построенная в Лондоне на реке Темзе, для 12 гребцов и 3 офицеров; хроника говорит, что сам король Иаков I был в числе этих офицеров. Его деревянная лодка представляла собой разновидность водолазного колокола, обтянутая снаружи промасленной кожей, могла перемещаться с помощью весел в подводном положении на небольшие расстояния .Судно могло находиться под водой несколько часов на глубине до 5 метров. Для поглощения испорченного дыханием воздуха изобретатель приготовлял жидкость, подробности рецепта которой не сохранились. (См.7.Приложения Фото 6-8)

2.3.В России 1718 года, плотник Ефим Никонов из подмосковного села Покровское подал челобитную царю Петру I, в которой он предложил проект «Потаенного судна», который фактически представлял собой проект первой отечественной подводной лодки. Спустя несколько лет, в 1724 году на Неве творение Никонова, было испытано, да неудачно, поскольку «при спуске у того судна повредилось дно». При этом Никонов едва не погиб в затопленной лодке и был спасен при личном участии самого Петра. За неудачу царь велел изобретателя не корить, а дать ему возможность исправить недочеты. Но вскоре Петр I умер, и в 1728 году Адмиралтейств-коллегия после очередных неудачных испытаний распорядилась работы над «потаенным судном» прекратить. Самого же малограмотного изобретателя сослали работать плотником на верфи в Астрахань. (См.7.Приложения Фото 9-12)

2.4.Первую подводную лодку, получившей военное применение, спроектировал школьный учитель в 1776 году в США Д. Бушнелл одноместную субмарину из дерева, обшитого листами меди. Ее яйцевидный корпус больше походил на бочку, но имел башенку с иллюминаторами, два винта в виде винтов Архимеда: один горизонтальный, другой вертикальный, и маленький руль. Ее назвали «Черепаха», по-английски — «Тартл». Снизу закрепили якорь и груз для устойчивости — в морской терминологии это называется остойчивость. Для любого судна важно, когда на море качка, не перевернуться, а как ванька-встанька возвращаться в первоначальное положение из крена. Для погружения под воду небольшой бак заполняли водой,

а для всплытия воду откачивали ручным насосом. Бак служил балластной цистерной. Субмарина приводилась в движение гребными винтами, которые вращал ногами подводник, нажимая на педали, как это делает велосипедист. На башенке была установлена труба, соединяющая внутреннюю полость с атмосферой. Следовательно, погружаться ниже этой трубы «Тартл» не могла. Субмарина была вооружена миной, начиненной 65 кг пороха, который поджигался запалом с помощью часового механизма. Предусматривалось, что подводник должен был приблизиться к стоящему вражескому кораблю, буравом просверлить отверстие в его деревянном днище и прикрепить к днищу мину, прикрепленную к бураву, затем запустить часовой механизм и отойти на безопасное расстояние. (См.7.Приложения Фото 13-14)

2.5.Огромный вклад в развитие подводного флота внес русский кораблестроитель, инженер, конструктор, изобретатель, предприниматель, путешественник, коллекционер - Степан Карлович Джевецкий, который прославился своими трудами в области судостроения, авиации и морской техники. Джевецкий является создателем первых боевых подводных лодок, оборудования и вооружения для них. Он разработал много нововведений:

• использование водяного насоса для откачки воды• снабжение перископом• впервые снабдил свою лодку электродвигателем• вооружение лодки состояло из мины с резиновыми присосками и

запалом, которое позволяло активировать мину в нужный момент. (См.7.Приложения Фото 15)

2.6.Первая в мире дизельная подводная лодка «Минога» была построена в России в Петербурге в 1908 году по проекту Ивана Григорьевича Бубнова. Длина «Миноги» — 32 м. Скорость под водой - 8, 5 км/ч. Вооружение - две торпеды. Она была взята на вооружение Балтийского флота. Дизельмоторы, изготовленные заводом «Людвиг Нобель» для «Миноги», имели очень важное новшество – реверсионное устройство, позволяющее лодке менять ход с переднего на задний, но, к сожалению, это было возможно только без нагрузки. Вооружение «Миноги» состояло из двух трубчатых внутренних торпедных аппаратов. На верхней палубе позади рубки был установлен пулемет. Экипаж «Миноги» насчитывал 22 человека, в том числе два офицера – командир лодки и его помощник. (См.7.Приложения Фото 16-18)

2.7.В дальнейшем конструкции подводных лодок претерпели много изменений. Лучшие достижения науки и техники были использованы для их усовершенствования, вплоть до установки на них атомных двигателей. (См.7.Приложения Фото 19-22)

В Санкт-Петербурге открыт комплекс боевой подводной лодки Второй Мировой войны Д-2 "Народоволец", где можно походить по отсеками и узнать её устройство и условия жизни экипажа. Все отсеки подводной лодки, ее внешний облик воссозданы такими, какими они были в годы войны. Она состоит из прочного и легкого корпусов. Все основные агрегаты и механизмы расположены в прочном водонепроницаемом корпусе. На палубе надстройки

размещено 100-мм орудие. Лодка установлена на бетонных киль-блоках и соединена со зданием берегового павильона. (См.7.Приложения Фото 23-26)

3. Механизм погружения и всплытия подводной лодки.

Попробуем разобраться в механизме погружения и всплытия подводной лодки с точки зрения физики.

Как и всякое физическое тело, подводная лодка подчиняется закону Архимеда: тело, погруженное в воду, теряет в своем весе столько же, сколько весит вытесненный телом объем воды. На этом законе основано главное свойство любого корабля — его плавучесть, способность удерживаться на поверхности воды.

Чтобы подводная лодка могла погружаться, всплывать или держаться под водой, она должна обладать способностью менять свою плавучесть. Это достигается очень простым способом — лодка оборудована специальными цистернами, которые, то заполняются водой, то вновь опорожняются.

Для подводной лодки плавучесть бывает:Положительная – надо освободить цистерны от воды - лодка всплывет;Отрицательная - надо заполнить цистерны водой - лодка будет

погружаться – опустится на дно;Нулевая - необходимо уравнять вес подводной лодки и вес вытесняемого

ею объема воды – лодка будет «висеть» на любой глубине.Так как регулировка погружения с помощью цистерн никогда не может

быть точной, то маневрирование лодки в плоскости достигается при помощи горизонтальных рулей.

4. Экспериментальное доказательство механизма погружения и всплытия подводной лодки.

Подводная лодка погружается под воду при заполнении водой специальных камер — балластных цистерн. Когда же ей нужно всплыть, в цистерны нагнетается сжатый воздух, и вода вытесняется. Меняя количество воздуха в балластных цистернах, лодка меняет глубину погружения.

Для доказательства данного механизма я решил провести опыт в домашних условиях.

Представляю вашему вниманию.Возьмем две пластиковых бутылки, большую и маленькую, надувной

шарик, шланг, резиновое кольцо и изоленту. (См.7.Приложения Фото 27) В маленькой бутылке сделаем много отверстий, диаметром 3-4 мм. (См.7.Приложения Фото 28) В пробке маленькой бутылки проделаем отверстие для шланга. (См.7.Приложения Фото 29) Вставим шланг и закрепим на нём надувной шарик. (См.7.Приложения Фото 30) После этого протолкнем шарик внутрь бутылки, закрутим пробку и закрепим шланг. (См.7.Приложения Фото 31) Теперь осталось только соединить обе бутылки изолентой. (См.7.Приложения Фото 32-33) Заполнили большую бутылку водой, и

поместили в нее груз, в нашем случае были камушки, и опустили нашу «подводную лодку» в воду. Маленькая бутылка наполнилась водой и она легла на дно. «Подводная лодка» приобрела отрицательную плавучесть. (См.7.Приложения Фото 34) Чтобы наша модель всплыла, через шланг под давлением мы стали наполнять маленькую бутылку воздухом, и вода из нее стала выливаться. (См.7.Приложения Фото 35) И вот чудо, наша лодка всплыла на поверхность! «Подводная лодка» приобрела положительную плавучесть. (См.7.Приложения Фото 36)

5. Заключение

Наша гипотеза о том, что механизм погружения и всплытия подводной лодки можно показать в домашних условиях, оправдалась. В будущем я хотел бы провести опыт по доказательству нулевой плавучести. Я пробовал, но пока мне это не удалось.

Конечно, есть еще много того, что я не понимаю, например физические понятия, законы, формулы, но, думаю, в старших классах я смогу разобраться в этом вопросе подробнее.

Я считаю, что опыт моей работы будет интересен многим ребятам. Этот эксперимент может провести любой мой одноклассник, используя подручные бытовые предметы. Мой проект показал мне, что физика начинается с внимательности и любопытства к простым, привычным для нас предметам и состояниям.

Спасибо за внимание.

6.Список источников

1. Интернет-сайт / Первая подводная лодка Корнелия Ван Дреббеля/http://live-trace.livejournal.com/15360.html;

2. Интернет-сайт / История подводного кораблестроения /https://ru.wikipedia.org

3. Интернет-сайт /Кто первый построил подводную лодку/http://www.seapeace.ru/submarines/first/361.html

4. Интернет-сайт / Подводная лодка Джевецкого /https://www.proza.ru/2014/06/19/405

5. Интернет-сайт /Русские подводные лодки/http://coollib.com/b/292338/read

6. Интернет-сайт/ Погружение и всплытие подводной лодки/ http://www.randewy.ru/nk/pogrpl.html

7. Интернет-сайт/ Подводная лодка/ http://wiki.wargaming.net/ru/Navy:%D0%9F%D0%BE%D0%B4%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BB%D0%BE%D0%B4%D0%BA%D0%B0

7. Приложения.

Фото 1. Фото 2.


















Education

почему подводная лодка не тонет