Исследовательский проект: "Почему корабли не тонут"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Лицей №1

Городского округа Павловский Посад Московской области

Базанов Матвей Сергеевич

«ПОЧЕМУ КОРАБЛИ НЕ ТОНУТ»

Межпредметный проект

Руководитель:

учитель начальных классов

Шеварнова Татьяна Николаевна

г.о. Павловский Посад

2023г.

Содержание

1. Введение……………………………………………………..3

2. Основная часть

   1. Из истории кораблестроения…………………………..4

   2. Строение корабля……………………………………… 4

3. Практическая часть работы.

   1. Проведение опытов……………………………………5-7

4. Заключение. Выводы. ………………………………………8

5. Список используемой литературы…………………………9

6. Приложения……………………………………………….10-17

1. Введение

Меня давно интересует вопрос, почему некоторые предметы тонут, а некоторые держатся на поверхности воды.

Почему маленький гвоздь, брошенный в воду, сразу идет на дно? И почему тогда огромные корабли, построенные из металла, вес которых составляет десятки, а иногда и сотни тысяч тонн, спокойно бороздят просторы мирового океана? Как можно объяснить эти явления? Мне захотелось узнать, почему это происходит? Я решил провести небольшое исследование.

Актуальность данного исследования заключается в том, что с каждым годом кораблей становится всё больше. Их строят из тяжелых материалов, но это не мешает им держаться на плаву.

Цель моего исследования: выяснить, почему корабли не тонут.

Задачи исследования:

- узнать об истории кораблестроения;

- собрать и изучить информацию о причинах, по которым корабли держатся на плаву;

- провести опыты, объясняющие, почему корабли не тонут.

Я выдвинул следующие гипотезы:

- возможно, корабли не тонут из-за использования в кораблестроении лёгких материалов;

- я предполагаю, что есть какая-то сила, которая удерживает корабли на воде;

- может быть, корабли не тонут потому, что имеют особую форму и строение.

Объект исследования: тела разной формы и размеров, погруженные в жидкость.

Предмет исследования: изучение взаимодействия жидкости и предметов, помещённых в неё.

Методы исследования: поиск и изучение литературы; сбор информации в интернете; проведение опытов; оценка результатов проведённых опытов.

2. Основная часть.

Из истории кораблестроения.

С давних времён люди хотели научиться плавать. Первыми плавательными средствами были связанные брёвна, плоты и челноки, выдолбленные из брёвен. (Приложение №1). Постепенно плавательные средства улучшались. Около 5000 лет назад египтяне начали сооружать суда, которые ходили на вёслах и под парусом. В 19 веке паровые двигатели заменили парус, а вместо дерева начали использовать сталь. В настоящее время корабли представляют собой огромные лайнеры и авианосцы, которые бороздят просторы мирового океана и могут месяцами не заходить в порт.

Строение корабля.

У каждого корабля своё предназначение, но у любого судна есть основные части: корпус корабля, нос, корма. (Приложение №2). Корабль имеет продолговатую форму, чем-то напоминающую глубокую тарелку. Палубы на корабле закрывают его как крышки. На корабль наносится специальная линия (ватерлиния – контрольная отметка, до которой можно загружать судно). (Приложение №3). Если она видна над поверхностью воды, то беспокоиться не стоит. Если линия скрылась под водой - вероятность его затопления возрастает.

Способность судна удерживаться на плаву зависит от соотношения его массы (веса) и объема.

3. Практическая часть работы.

Эксперимент.

Опыт №1. (Приложение №4).

Зависит ли плавучесть корабля от материала, из которого простроено судно?

Для этого нам потребуются предметы из различного материала: дерева, пенопласта, металла и пластилина. Я погружаю их в воду.

Мы видим, что металлический ключ и шарик из пластилина утонули, а деревянная палочка и пенопласт держатся на воде. Почему так происходит?

Все зависит от плотности материала, из которого сделан предмет. Плотность металла и пластилина больше плотности воды. Поэтому они утонули. А дерево и пенопласт, плотность которых меньше, чем плотность воды, остаются на поверхности и не тонут.

Значит мое предположение о том, что корабли не тонут из-за использования в кораблестроении лёгких материалов, оказалось не верно. И можно сделать вывод о том, что корабль можно построить из материала плотность которого меньше, чем плотность воды.

Опыт №2. (Приложение № 5)

Как зависит плавучесть корабля от формы его корпуса?

Для этого нам потребуются два одинаковых по весу шарика пластилина. Из одного куска делаем кубик, а другому придаем форму корпуса корабля. Погружаем их в воду.

Как мы уже знаем, пластилин должен утонуть в воде, т.к. его плотность больше плотности воды.

Мы видим, что кубик из пластилина утонул, а фигурка в виде корпуса корабля и имеющая борта, как у настоящего судна, держится на плаву. Его держит на воде какая-то сила.

Можно сделать вывод о том, что корпус корабля имеет особую форму и может держаться на воде под воздействием определенных сил.

Опыт №3. (Приложение № 6)

Какие же силы действуют на погруженный в воду корпус корабля? Мы попробуем это узнать из данного опыта.

Для этого нам потребуется кусочек пенопласта и металлический ключ.

Возьмем кусочек пенопласта и привяжем к нему металлический ключ. Погружаем их в воду. Пенопласт, всплывая поднялся вверх и потянул за собой груз (металлический ключ).

Так и трюмная часть корабля, при погружении в воду, вытесняет массу воды, равную ее собственной массе. Тело большого размера вытеснит больше воды, чем маленькое тело, одинакового с ним веса. И чем больше тело вытеснит воды, тем с большей силой вытесненная вода будет пытаться вернуться на место и выталкивать корабль вверх.

Это явление открыл древнегреческий ученый Архимед, и сформулировал закон, который гласит: на всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости.

Таким образом, мы можем сделать вывод, что на корпус корабля, погруженный в воду, действует выталкивающая сила Архимеда, направленная вверх, к поверхности воды.

Опыт №4. (Приложение №7)

Узнаем, каково влияние воздуха на плавучесть корабля?

Для этого нам потребуется пустая пластиковая чашечка.

Опускаем чашечку в воду, на самое дно. Но как только я отпустил ее, она сразу поднялась на поверхность. Из литературы, я узнал, что на самом деле воздух играет очень большую роль в поддержании корабля на поверхности.

Поэтому, можем сделать вывод о том, что воздух на самом деле удерживает предметы на поверхности. Получается - именно воздух поддерживает корабль на плаву.

Опыт №5. (Приложение № 8)

Какое значение имеет состав воды для выталкивающей силы?

Для рассмотрения этого вопроса нам потребуется две банки, два яйца и соль.

Я взял пустой стакан и положил туда яйцо. Налил в стакан воды. Яйцо осталось лежать на дне. Я взял другой стакан и проделал то же самое, но в него я стал добавлять соль. Сначала яйцо оставалось на дне, но чем больше соль растворялась в воде, тем выше поднималось яйцо.

Делаем вывод, что выталкивающая сила солёной воды больше, чем пресной.

4. Заключение. Выводы.

В результате проделанной работы я узнал много интересного об истории кораблестроения, а также о том, что помогает кораблям держаться на поверхности воды.

В ходе своего исследования я выяснил, что ошибался, когда думал, что в кораблестроении используются специальные лёгкие материалы. Но мои предположения о том, что стальные корабли не тонут, потому что имеют особую форму, оказались верны.

Из результатов поставленных опытов я теперь знаю, что корабли не тонут если:

- корабль построен из нетонущего материала, плотность которого меньше, чем плотность воды;

- корпус корабля имеет особую форму и может держаться на воде под воздействием определенных сил;

- на корпус корабля, погруженный в воду, действует выталкивающая сила (сила Архимеда), направленная вверх, к поверхности воды;

- корабль имеет особое строение корпуса, и воздух находящийся внутри отсеков судна, помогает кораблю держаться на поверхности воды.

Как же много всего интересного окружает нас! И как много нам еще предстоит узнать!

5. Список используемой литературы

1. Большая иллюстрированная энциклопедия школьника М. «МАХАОН», 2003 – 51 с.

2. Л.А. Горев "Занимательные опыты по физике" М. Просвещение, 1985– 27-31.

3. «Энциклопедический словарь юного физика» М.: Педагогика Пресс, 1995.

4. Сахарнов С. В. Плывут по морям корабли / С. В. Сахарнов, К. Д. Арон // «Едем, плаваем, летаем». – Москва: «Детская литература», 1993. – С. 7-36.

5. http://class-fizika.spb.ru/index.php/opit/692-op-plav2

Приложение № 1.

Плот.

Приложение № 2.

Строение корабля.

Приложение № 3.

Изображение ватерлинии.

Приложение №4.

Опыт № 1.

Нам потребуются предметы из различного

материала: дерева, пенопласта, металла и

пластилина. Я погружаю их в воду.

Мы видим, что металлический ключ и шарик из пластилина утонули, а деревянная палочка и пенопласт держатся на воде.

Приложение № 5.

Опыт № 2.

Нам потребуются два одинаковых по весу шарика пластилина. Из одного куска делаем кубик, а другому придаем форму корпуса корабля. Погружаем их в воду.

Мы видим, что кубик из пластилина утонул, а фигурка в виде корпуса корабля и имеющая борта, как у настоящего судна, держится на плаву.

Приложение № 6.

Опыт № 3.

Возьмем кусочек пенопласта и привяжем к нему металлический ключ. Погружаем их в воду.

Пенопласт, всплывая поднялся вверх и потянул за собой груз (металлический ключ).

Приложение № 7.

Опыт №4.

Нам потребуется пустая пластиковая чашечка.

Опускаем чашечку в воду, на самое дно.

Как только я отпустил ее, она сразу поднялась на поверхность.

Приложение № 8.

Опыт № 5.

Нам потребуется две банки с водой, два яйца и

соль.

Я взял стакан с водой и положил туда яйцо. Яйцо осталось лежать на дне. Я взял другой стакан и проделал то же самое, но в него я стал добавлять соль.

Сначала яйцо оставалось на дне, но чем больше соль растворялась в воде, тем выше поднималось яйцо.