Опыт 8.2. Непотопляемость корабля

Цель работы: рассмотреть опыт, демонстрирующий рекомендацию по обеспечению непотопляемости кораблей.

Оборудование:

1. Модель корабля.

2. Вода.

 

Рис. 130. Демонстрация опыта

 

Ход работы

Рекомендации по обеспечению непотопляемости кораблей были в свое время разработаны академиком Крыловым.

Для того, чтобы корабли обладали достаточной непотопляемостью, они обычно разбиваются на герметичные отсеки.

1. Имеется модель корабля, состоящего из трех герметичных отсеков. Когда корабль плавает в нормальном положении на поверхности воды, то отсеки не заполнены водой.

Если такой корабль (например, боевой) получает во время боя пробоину, то он может потерять остойчивость, опрокинуться и затонуть.

2. Сделаем пробоину в одном из отсеков и заполним этот отсек водой.

3. Отсек заполнился водой, корабль теряет остойчивость и в таком положении обычно гибнет.

4. Рекомендация для улучшения остойчивости корабля, имеющего пробоину, сводится к следующему. Надо заполнить водой еще один отсек. Этот отсек, заполняемый водой принудительно, должен быть расположен симметрично по отношению к тому, который был затоплен. Тогда корабль, несмотря на уменьшение плавучести, сохраняет остойчивость и может быть отбуксирован в порт для ремонта и последующего восстановления.

 

Вывод: рассмотрели опыт, демонстрирующий рекомендацию по обеспечению непотопляемости кораблей.

 

Закон Архимеда используется при оценке плавучести и остойчивости кораблей. Для оценки плавучести тел рассматривают соотношение между величиной силы тяжести P и выталкивающей силой F_в.

Условия плавучести:

а) F_B>P – тело плавает на поверхности;

б) P>F_B – тело тонет;

в) P = F_B – безразличное состояние;

г) если же тело плотно лежит на дне, то давление столба жидкости только сильнее прижимает его ко дну.

Мерой плавучести корабля при заданной осадке является водоизмещение корабля (объем вытесненной кораблем воды).

Плавучестью корабля П называется равнодействующая элементарных сил, действующих на поверхность днища корабля.

 

Рис. 131	Точка А называется центром величины. Центр величины совпадает с центром тяжести вытесненной телом жидкости.
Рис. 132	При изменении положения корабля точка А смещается. Меняется остойчивость корабля. Метацентр М – точка пересечения линии, по которой действует выталкивающая сила, с плоскостью симметрии корабля. Если М лежит выше С, то и образуют пару, которая возвращает корабль в начальное положение.

СМ – мера остойчивости.

Современная теория плавучести и остойчивости кораблей развита в трудах А. Н. Крылова, создавшего русскую научную школу кораблестроения.

Вопросы к разделу 8 «Механика жидкостей и газов»
8.1. Гидростатика

 

1. Какой раздел механики называется гидроаэростатикой?

2. Какой раздел механики называется гидроаэродинамикой?

3. В каких единицах измеряется давление в СИ?

4. Что называется гидростатическим давлением?

5. Запишите формулу для расчета гидростатического давления.

6. Сформулируйте четыре следствия гидростатического давления.

7. Запишите барометрическую формулу.

8. Сформулируйте вывод, следующий из барометрической формулы.

9. Сформулируйте закон Архимеда.

10. Какие выводы следуют из опыта 8.1 «Ведерко Архимеда»?

11. Какие выводы следуют из опыта 8.2 «Непотопляемость корабля»?

12. Что называется плавучестью корабля?

13. Запишите условия плавучести.

14. Что называется остойчивостью корабля?

15. Что является мерой плавучести корабля?

 

Гидроаэродинамика

 

1. Течение жидкости. Неразрывность струи

Чтобы полностью охарактеризовать состояние движения жидкости надо:

 

Метод Лагранжа

Указать положение каждой частицы жидкости для выбранного момента, а затем проследить за ее перемещением в пространстве и времени.

 

Метод Эйлера

Выбрать точки пространства и отличать скорость и ускорение, с которыми проходят их отдельные частицы жидкости.

 

Состояние движения жидкости можно определить, указав для каждой точки пространства вектор скорости как функцию времени.

Совокупность векторов или , заданных для всех точек пространства, называется полем скоростей (или ускорений).

Поле скоростей изображают следующим образом:

Рис. 133

Проводят в движущейся жидкости линии так, чтобы касательные к ним в каждой точке совпадали по направлению с . Линия, в каждой точке которой вектор скорости направлен по касательной, называется линией тока. Линии тока проводят так, чтобы густота их была пропорциональна величине скорости в данном месте.

Течение жидкости, при котором скорости в каждой точке потока не изменяются со временем, называется стационарным (установившимся).

При стационарном течении по величине и направлению const и линии тока не изменяются.

Поток, в котором скорости во всех точках пространства одинаковы, называется
равномерным стационарным.

Поток, в котором распределение скоростей меняется со временем, называется
нестационарным.

vS = const (173)

– уравнение неразрывности.

Теорема неразрывности

Произведение величины скорости течения несжимаемой жидкости на величину поперечного сечения трубки тока есть величина постоянная для данной трубки тока.

Следствия из уравнения (173):

1) чем ýже сечение трубки тока, тем больше v, и наоборот;

2) при переменном сечении трубки тока частицы движутся с ускорением.