МБОУ СОШ №20 согласно графика МБОУ ДОД ЦДОД Пост№1 несли караульную службу на...
почему подводная лодка не тонет
1. муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 20
г. Минеральные Воды
Исследовательский проект
Тема: "Почему подводная лодка не тонет?"
Автор работы:ГиричевСерафим 2 «б» класс
Научный руководитель и консультант:
Раевская Анна Георгиевна, учитель
г. Минеральные Воды
2015-2016 уч.г.
2. 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 лодка
Предмет исследования: механизм погружения и всплытия подводной
лодки
Методы исследования:
- Беседы с взрослыми
- Изучение научной литературы
- Работа с компьютером
- Наблюдения
- Проведение опытов, экспериментов
Цель: 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
3. 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 небольшойбак заполняли водой,
4. 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 отверстиев 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
Мировойвойны 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
5. 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
6. поместили в нее груз, в нашем случае были камушки, и опустили нашу
«подводнуюлодку» 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 смогуразобраться 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.
7. 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%B
E%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BB%D0%BE%D0%B4%D0%BA
%D0%B0