Проектная работа "Почему корабли не тонут?"

МОАУ «СОШ № 53 г. Орска»

Почему корабли не тонут?

Х городская НПК младших школьников

«Исследователь окружающего мира»

Направление:

физика

Выполнил:

Сармасин Назар Ернарович,

ученик 3 класса «Б»

Руководитель:

Хвастунова Алеся Давлятшиновна

учитель начальных классов

2015 – 2016 уч.г.

Содержание

Введение

Актуальность

Когда я еще ходил в детский сад, мы всей семьёй, ездили на Чёрное море, в Сочи. Здесь я увидел большое количество кораблей разного размера. От маленького катера до большого буксировщика. И меня  тогда заинтересовал вопрос: «Бросишь в воду маленький камушек – тонет! Так, почему огромные суда держатся на воде?».

Мне захотелось самому это понять с помощью опытов и  найти ответ на вопрос, который давно меня мучает «Почему корабли не тонут?»   Чтобы ответить на эти вопросы, я решил  на практике выяснить причины того, почему одни предметы в воде тонут, а другие остаются на поверхности.

Цель проектной работы: 

Выяснить причины, позволяющие кораблям не тонуть и не переворачиваться.

Объект проектной работы - физические свойства тел.

Предмет проектной  работы - корабль.

Задачи исследования:

1. Изучить научную литературу по данной теме

2. Разработать серию опытов, позволяющих шаг за шагом выяснить условия, при которых тела плавают в воде.

3. Сравнить результаты проделанных опытов с литературными данными.

4. Создать макет корабля.

Гипотезы: 

Предположим, что

1.Материал, из которого изготовлен корабль, не дает ему утонуть.

2. Корабль не тонет, потому что он имеет особую форму и строение. 

3. Воздух внутри него держит корабль на плаву.

4. На корабли в воде действует сила, позволяющая им держаться

    на плаву.

Методы:

1) Беседы с взрослыми;

2) Анкетирование

3) Изучение научной литературы;

4) Работа с компьютером;

5) Наблюдения;

6) Проведение опытов,;

7) Сравнение и обобщение. 

Место и время  проведения

Научно – практическая конференция учащихся (очный этап – защита работ) состоится  23 марта  2016 года с11.00 до 14.00 по адресу: г. Орск, ул. Омская, 69 А (здание МОАУ «СОШ № 32 г. Орска») МАУДО «Станция юных натуралистов г. Орска».

Теоретическая часть

История кораблестроения

В энциклопедии «Открытия и изобретения» я прочитал, что первым средством передвижения по воде был плот. Из большого бревна вырубили середину –  получилась лодка.

Согласно историческим сведениям, судостроение появилось еще во времена Древнего Египта и Древнего Китая. Уже тогда корабли использовались для перевозки товаров и в военных целях. Если говорить о восточных славянах, которых  можно смело называть нашими предками, то еще в седьмом веке они строили суда, которые состояли из каркасной основы, а обтягивали их чаще всего кожей. Однако всего несколько столетий спустя появились корабли с полностью дощатой обшивкой.

В сети «Интернет» я узнал, что в 15 веке в Португалии  изобрели каравеллу.

Каравелла — тип парусного судна, распространённый в Европе, особенно в Португалии и Испании  во второй половине XV - начале XVI века, первый тип кораблей, с которых начиналась эпоха Великих географических открытий. Образ каравеллы обычно представляется двух- или трёхмачтовым судном с косым латинским парусным вооружением (каравелла - латина).

В 18 веке в США  изобрели клипер -  так  называли ту разновидность шхун и бригантин, что строилась в городе Балтиморе. Острые обводы корпуса, увеличенная остойчивость, наклоненные к корме мачты, большая площадь парусов позволили клиперам развивать отличную скорость, превосходно удерживать курс, но за это пришлось заплатить уменьшением объёма грузовых трюмов и увеличением осадки.

      В конце 18 века во Франции построили  первый пароход – «Пироскаф». Его колеса вращала паровая машина. Первые теплоходы России: 1903 — «Вандал», 1904 — «Сармат», 1907 — «Коломенский», 1908 — «Илья Муромец»

Теплохо?д — самоходное судно, основным двигателем которого является двигатель внутреннего сгорания, чаще всего — дизельный. Первые дизельные суда в мире появились в России.

Современные же суда и вовсе созданы из металла, причем толщина бортовых стен такая, что пробить ее невозможно практически никаким современным оружием.

Как бы там ни было, все эти суда объединяет одна крайне интересная особенность — все они находятся на плаву и не тонут. Как такое возможно? Давайте выяснять.

2 Практическая часть

2.1 Анкетирование одноклассников

Итак, можно начинать исследование.

Сначала я решил узнать мнение одноклассников по данному вопросу. С этой целью я провел в классе анкетирование.

В анкетировании принимал участие весь класс – 27 человек. (см. ПРИЛОЖЕНИЕ А)

На вопрос «Почему не тонут корабли»? Ребята ответили следующим образом: 10 учеников - 37% считают, что материал, из которого изготовлен корабль, не дает ему утонуть. 7 учеников - 26 % предположили, что воздух внутри корабля держит корабль на плаву. 6 учащихся класса - 22 %  отдали свои голоса за ответ, что на корабль в воде действует сила, позволяющая им держаться на плаву и наконец 4 ученика - 15 % остановились на варианте, что корабль не тонет, потому что он имеет особую форму и строение

Я решил в этом разобраться практическим путём.

2. 2 Опыт № 1 «Влияет ли материал, из которого  сделан корабль, на его плавучесть?

Все мы знаем, что если бросить в воду деревянную доску, то она будет лежать на ее поверхности, а вот металлический лист такого же размера сразу начинает тонуть. Почему так происходит? Это определяется не весом предмета, а его плотностью. Плотность – это масса вещества, заключенная в определенном объеме.  Мы взяли кубики одинакового размера  из разного материала — металл, дерево и пенопласт  взвесили их. И увидели, что кубики имеют разный вес, а следовательно, и разную плотность. Вес кубика из:  пластмасса —7гр., металла — 20гр., дерева – 5гр. Отсюда сделали вывод, что из кубиков самый плотный материал – это металл, пластмасс и дерево.  А что произойдет, если эти кубики опустить в воду? Как видно из опыта  металл утонул – его плотность больше плотности воды, а пластмасс и дерево нет – их плотность меньше плотности воды. Значит, любой предмет будет плавать, если его плотность меньше плотности воды. Следовательно, корабль, чтоб он держался на воде, надо сделать так, чтобы его плотность была меньше плотности воды. Предположим, делать его из такого материала, который имеет плотность меньше плотности воды и не тонет – например, из дерева. Из истории мы знаем, что человек именно из дерева делал вначале плоты, а затем лодки, используя свойство дерева – плавучесть. Сегодня мы видим много кораблей сделанных из металла, но они не тонут.

Вывод:  «Плавучесть» корабля не зависит от материала, из которого он изготовлен. Следовательно, гипотеза № 1 не верна. 

2.3 Опыт № 2 Влияние формы на плавучесть корабля

Берем пластилин, погружаем его в воду и видим, что он утонул.

Придаем пластилину форму корабля, погружаем его в воду и видим, что он не утонул, а поплыл. Ура! Волшебство свершилось, тонущий материал плавает на поверхности!

Опыт №3.  Опустим в воду плоский лист металла – он сразу же тонет, а любая металлическая посуда с бортами остается на плаву — в ней образуется запас плавучести. Туда даже можно положить груз.

Вывод:  Корабль не тонет, потому что он имеет особую форму, гипотеза № 2 верна

Опыт № 4. Влияние воздуха на плавучесть корабля

Берем два воздушных шарика, один из которых надуваем, и погружаем в воду.

Вода попала внутрь не надутого шарика, и он начал постепенно погружаться в воду. Надутый шарик не тонет, даже если надавить на него сверху рукой.

Вывод: Корабль не тонет, потому что воздух внутри него держит его на плаву, гипотеза № 3 верна.

Оказывается, когда-то давно древнегреческий учёный Архимед исследовал проблему плавучести тел и сформулировал закон: на всякое тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости, который известен сейчас как Закон Архимеда. Таким образом, в нашем опыте на шарик снизу, из таза, действовала сила Архимеда, которая выталкивала  шарик на поверхность.   

Отчего же зависит действие выталкивающей силы? Первое – это от объема корабля и второе — от плотности воды, в которой корабль плавает. Эта сила тем больше, чем больше объем погруженного тела.

 Второе — выталкивающая сила меняется с увеличением плотности воды. Плотность воды можно увеличить, если ее сильно-сильно посолить. Докажем это следующим опытом:

Опыт №5. Опустим картофелину в емкость с солений водой – она остается на плаву. Затем опустим картофелину в емкость с пресной водой – она утонула. Из проведенного опыта видно, что в соленой воде на плаву удерживаются те предметы, которые прежде тонули. Мы увидели, что выталкивающая сила увеличивается с увеличением плотности воды. Следовательно, в море, где вода соленая (с большей плотностью), выталкивающая сила, действующая на корабль больше, чем в реке или озере, где вода пресная.

Вывод: Корабль не тонет, потому что не него действует выталкивающая сила (сила Архимеда), гипотеза № 4 верна.

У меня остался последний вопрос  «Почему под воздействием волн суда не переворачиваются?»

2.5 Опыт №6 Центр тяжести

Я вспомнил, как у маленького брата  любимой игрушкой был Ванька-Встанька. Я решил использовать пустую пластиковую бутылку. В воде она плавала. Тогда я наполнил дно камушками, и бутылка встала…..

Вывод: Центр тяжести – ниже основной части бутылки, и поэтому при любой качке корабль не перевернется.

2.6 Сборка макет корабля

Для того, чтобы доказать свои выводы я собрал макет корабля.

Работу выполнял в несколько этапов. Работу фиксировал.

С чего я начал?  Распаковал пластиковые модели, приготовил необходимые для сборки инструменты и приступил к работе.

1.Прежде всего, внимательно ознакомился с инструкцией по сборке корабля.

2.Согласно схеме  собрал каркас палубы корабля.

3. Закрепил все элементы на палубе.

4.Прикрепил мачты.

5.Далее вязал канаты (нити) от мачты к палубе.

6.Подготовил паруса (обвязал их, наклеил наклейки)

7.Прикрепил паруса.

8.И наконец поднял флаг на своем корабле «САН ГАБРИЭЛЬ».        

После завершения сборки я  пустил свой корабль в воду и он поплыл по волнам.

Заключение

Тело не утонет, если архимедова сила равна или больше веса тела. Железные суда проектируют и строят с таким расчётом, чтобы при погружении они вытесняли огромное количество воды, вес которой равен их весу в загруженном состоянии (это называется водоизмещением корабля). В этом случае на них будет действовать выталкивающая архимедова сила соответствующей величины. Вот одна из причин, почему корабли не тонут. 

Корабль внутри имеет множество пустых, наполненных воздухом помещений и средняя его плотность значительно меньше плотности воды. Именно поэтому он держит корабль на поверхности воды и не даёт затонуть. И корабль, даже с очень большим на борту грузом будет плыть по водам морей и океанов.

Если железка не имеет ни одной дырочки, куда бы попал воздух, то она сразу же потонет в воде… А если смастерить кораблик по всем правилам науки — он спокойно будет держаться на плаву.

Из энциклопедии я узнал секреты строении: корабли строят так, чтобы они в воде не тонули. Даже полностью груженое судно не тонет. Потому что его контроль-отметка – грузовая ватерлиния – всегда находится над водой.

 Днище корабля специально делают такой формы, что когда корабль наклоняется вбок, он волей – неволей стремится опять выпрямиться.

Палубы на корабле закрывают его нутро как хорошие крышки. Поэтому вода не попадает в него, и даже в самый сильный шторм корабль не становится заметно тяжелее. Конечно, если надежно задраены палубные люки.

Вывод: Изучая эту тему,  я узнал, что:

• не все тела обладают плавучестью, не тонут в воде те тела, плотность которых меньше плотности воды;
• корабли не тонут, потому что на них действует выталкивающая (подъемная) сила, по закону Архимеда, направленная вверх и равная весу жидкости, вытесненной кораблем;
• выталкивающая (подъемная) сила зависит от плотности жидкости. Следовательно, в море, где вода солёная (с большей плотностью), выталкивающая сила, действующая на корабль больше, чем в реке или озере, где вода пресная;
•  корабли специально строят такой формы и такого строения, чтобы они не тонули. 

Список использованной литературы

1. Открытия и изобретения: Детская энциклопедия «МАХАОН»/ Сост. Филипп Симон; Научный  ред. В. Курушин. – М.:  «МАХАОН», 2010 – 42 с.
2. Все обо всем. Популярная энциклопедия для детей. Том 7 – Москва, 1994.
3. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика / Сост. А.А. Леонович; Под общ. ред. О.Г. Хинн. – М.: ООО «Издательство АСТ-ЛТД», 1998. – 480 с.
4. К.В. Рыжков. «Сто великих изобретений», Москва, «Вече», 2002. Энциклопедия кораблей. «Полигон», «Аст», Москва — Санкт-Петербург, MCMXCVII.
5. citaty.su›kratkaya-biografiya-arximeda/
6. http://ru.wikipedia.org
7. http://dreamworlds.ru
8. http://planeta.rambler.ru