Исследование в области физико-математических наук "Почему корабли не тонут?"

Муниципальное  бюджетное  общеобразовательное  учреждение  средняя  общеобразовательная школа  № 9  имени адмирала П.С. Нахимова

г. Вязьмы   Смоленской  области

Исследование в области физики-математических наук

«ПОЧЕМУ КОРАБЛИ НЕ ТОНУТ?»

     Работу выполнила:

                                         ученица 2-Б класса Филимонова Валерия

руководитель: Дмитриева Елена Вячеславовна

1.1. Обоснование выбора темы работы

Меня заинтересовала тема: “Предметы на воде”. Мы знали, что лёгкие предметы на воде не тонут, а тяжёлые - тонут. Но, поразмыслив, задумались над тем, что корабли в море сделаны из стали, но они не тонут.  Я решил провести исследование и найти ответ на вопрос: “Почему корабли не тонут?”

1.2. Цели и задачи работы

Цель: выяснить причины, позволяющие кораблям не тонуть и не переворачиваться; можно ли построить дом на воде?

Задачи:

1. Собрать и проанализировать информацию о плавучести тел.

2. Провести опыты, объясняющие условия, при которых тела плавают в воде.

3. Построение гипотез, определение методов исследования, составление плана работы

Гипотезы

Предположим, что корабль имеет особенности строения, которые позволяют ему не тонуть:

• материал, из которого изготовлен корабль, не даёт ему тонуть;
• корабль не тонет, потому что имеет особую форму;
• секреты строения.

Что, если построить плавучий дом.

Методы исследования:

• “Подумай сам”.
• “Посмотри в книгах”.
• “Спроси у других людей”.
• “Обратись к компьютеру, посмотри в глобальной компьютерной сети Интернет”.
• “Понаблюдай”.
• “Проведи опыты, эксперимент”.

План исследования

1. Изучение литературы и анализ.
2. Проверка гипотез экспериментальным путём.
3. Работа с компьютером.

ІІ. Основная часть

2.1. Проверка гипотез с использованием научной литературы

Летом отдыхали на речке и замечали странную вещь. Когда мы пытались нырнуть и задержаться на дне, то у нас ничего не получалось. Какая –то сила выталкивала тела вверх. Что это за сила?

Я решили обратиться к литературе. 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.

Мы узнали от учителя, что есть тела легче воды, есть тяжелее. Одни тонут, а другие нет.

Предметы могут тонуть или не тонуть в зависимости от того, какова плотность материала, из которого сделан предмет и какова плотность жидкости.

Из энциклопедии я узнал о том, что корабль имеет продолговатую форму, чем-то напоминающую глубокую тарелку. Палубы на корабле закрывают его как крышки.

Корабли строят так, чтобы они в воде не тонули

Когда судно идёт без груза, оно высоко сидит в воде.

Даже полностью гружёное судно не тонет. Потому что его контроль-отметка – грузовая ватерлиния – всегда находится над водой.

Корабли строят так, чтобы они в воде не тонули

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.

2.2. Проверка гипотез экспериментальным путём

Для проверки наших гипотез нами были проделаны следующие опыты.

Предположим, что корабль имеет особенности строения, которые позволяют ему не тонуть.

I. Материал, из которого изготовлен корабль, не даёт ему тонуть.

Провели опыт “Тонет, не тонет”: взяли железную ложку, деревянный брусок, пластмассовый предмет и стеклярус. Ложка и стеклярус затонули, а брусок и пластмасса нет.

Вывод: пробковые и деревянные тела вода выталкивает, а металлические и стеклянные – нет .“Плавучесть” корабля не зависит от материала, из которого он изготовлен.

А корабль сделан из стали. И он плавает.

Гипотеза не подтвердилась!

II. Корабль не тонет, потому что имеет особую форму.

Следующий опыт, который был нами проведён “Предел плавучести”.

Опустим крышку кастрюли на воду сначала в горизонтальном положении, а потом вертикально. В горизонтальном положении крышка не тонет, а в вертикальном сразу идёт ко дну.  

Вывод: плавучесть предмета зависит от его плотности. Корабль не тонет, так как имеет большой объём.

Ещё один опыт, который подтверждает особенность строения корабля: “Строение”

1. Сделаем из пластилина лодочку и пустим в воду. Лодочка держится на воде.

2. Вытащим лодочку, сомнём в комок и опустим в воду. Комок пластилина опустился на дно.  

Вывод: плавучесть предмета зависит от его формы. Непотопляемость корабля зависит от его строения.

III. Определённые секреты строения корабля.

Для подтверждения этой гипотезы нами были проведены следующие опыты: 1. “Сила воды”

1. Возьмём крупный фрукт, например, гранат. Привяжем к нему тонкую резиновую нить так, чтобы гранат висел на нити. Затем взвесим его с помощью безмена.

2. Опустим гранат, подвешенный на резинке, в сосуд с водой.  

Вывод: Вода выталкивает предметы. На корабль, погружённый в воду, действует выталкивающая сила.

Этот закон открыл древнегреческий учёный Архимед .до н.э. Стальной корабль не тонет, потому что он вытесняет много воды. Чем больше какой-то предмет вытесняет воды, тем сильнее она выталкивает его.

2. “Эффект рассола”

1. Наполнили стакан водой и опустили яйцо. Яйцо опустилось на дно.

1. Стали добавлять в воду соль (понемногу) до тех пор, пока яйцо полностью не всплыло. От соли плотность воды увеличилась.  

Вывод: солёная вода плотнее пресной, поэтому выталкивающая сила воды больше в солёной воде.

2.3. Выводы

“Плавучесть” корабля не зависит от материала, из которого он изготовлен.

Корабли не тонут, потому что на них действует выталкивающая (подъемная) сила по закону Архимеда, направленная вверх и равная весу жидкости, вытесненной кораблем.

Корабль будет находиться на плаву до тех пор, пока его вес будет меньше или равен весу вытесненной им жидкости, что достигается, в том числе, и наличием прослойки воздуха в отсеках корабля.

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.

Узнав всё это, мы решили, что можно построить плавучий дом.

Наши эскизы с учётом всех особенностей строения. (Приложение 2)

Заглянув в Интернет, мы нашли фотографии домов на воде (Приложение 2)

ІІІ. Заключение

Мы нашли ответ на свой вопрос “Почему корабли не тонут?”. Первая гипотеза наша не подтвердилась, вторая и третья подтвердились, но мы узнали много нового про кораблестроение, про свойства воды, про закон Архимеда.

Конечно, есть еще много того, что мы не понимаем, например, физические понятия, законы, формулы, но думаем, в старших классах мы сможем разобраться в этих вопросах подробнее.

А сейчас мы сможем рассказать своим друзьям и одноклассникам о своих открытиях.

ІV. Список литературы

1. Ушаков С.З. Плавание тел [Текст] / С.З. Ушаков: детская энциклопедия, том 3 “Числа и фигуры, вещество и энергия”. – Москва: “Издательство Академии Педагогических Наук РСФСР”, 1961. – С. 279-288.
2. Большая книга экспериментов для школьников/Под ред. Антонеллы Мейяни; Пер. с ит. Э.И.Мотылевой. – М.:ЗАО “РОСМЭН-ПРЕСС”, 2012. – с.35-66
3. Самолёты. Автомобили. Корабли. /авт. текста Николас Харрис; ил. Питера Денниса; [пер. с англ. А. В. Банкрашкова]. – Москва: Астрель, 2013. – с.16-17