Партнеры
Вход в систему
Яндекс.Метрика
on-line
Сейчас на сайте 0 пользователей и 7 гостей.

606. Чем определяется устойчивость (остойчивость) плавания судов.

 Условие плавления тела требует, чтобы были уравновешены сила тяжести Fт тела, приложенная в центре тяжести, и выталкивающая сила Fвыт, приложенная в центре давления. Если мысленно представить себе водную массу, заполнившую подводную часть объема тела, то центр тяжести этой водной массы как раз и будет центром давления.

28. Плоская льдина, площадью S = 5 м2 плавает в воде, выступая над уровнем воды на H = 2 см. Определите во сколько раз уменьшилась высота выступающей части льдины после того как на нее вошел рыбак массой M = 75 кг.

Решение.

1. В стакане с водой плавает деревянная шайба с цилиндрическим сквозным отверстием. Ось шайбы и отверстия параллельны. Площадь дна стакана S, площадь сечения отверстия S1. Отверстие осторожно заполняют доверху маслом. На какую высоту поднимется шайба, если в начале ее выступающая часть имела высоту h? Плотность масла ρ, плотность воды ρo. Известно, что все масло осталось в отверстии.

Решение.

Готовимся к олимпиаде. Плот из минимального количества бревен.

32(2). При каком наименьшем числе бревен N с плотностью ρ = 725 кг/м3, радиусом R = 8 см и длиной l = 3 м сделанный из них плот способен держать четырех человек массой m = 80 кг каждый?

Решение.
 Предельное положение будет в случае, когда четыре человека встав на плот, погрузят его целиком в воду так, что сами будут только касаться воды. Условие равновесия в этом случае будет иметь вид

(4m + M)g = FA = ρвgV, (1)

где V − объем погруженных бревен равен

Почему всплывает утопленник?

285. Почему тело утонувшего человека вначале погружается на дно, а через несколько дней всплывает?

Ответ:
 Тела утонувших всплывают потому, что их объем увеличивается под действием скопившихся в них газов.

Погружение и всплытие рыб.

283. Изменяют ли рыбы глубину погружения подобно тому, как это делает подводная лодка? Меняют ли они для этого объем плавательного пузыря? Часто именно этим объясняют способность рыбы плавать под водой. Однако это неверно, поскольку рыба не может управлять своим плавательным пузырем с помощью мышц. Как же рыбы плавают под водой?
 Рыбы не переносят быстрого изменения глубины (например, треска и хек при ловле тралом погибают, когда их быстро вытаскивают на поверхность), но жить они могут на больших глубинах, выдерживая огромные давления: так, на глубине 5000 м оно достигает 500 атм. Как рыбы выдерживают такие давления?

Ответ:

Плавающий брусок.

282. Как плавает длинный брусок (с квадратным сечением): на боку или вниз углом (рис.)? Даже если ответ вам кажется очевидным, попробуйте все же понаблюдать, как плавают в разных жидкостях длинные бруски, изготовленные из различных материалов, и попытайтесь связать результаты наблюдений с отношением плотностей материала бруска и жидкости. Не подвела ли вас интуиция?

Ответ:
 Если отношение плотности бруска к плотности жидкости близко к 0 или 1, то брусок плавает устойчиво, как показано на первом рисунке. Если же это отношение принимает какое-то промежуточное значение, то боковые грани бруска наклоняются под углом 45° к поверхности жидкости.

Устойчивость подводной лодки.

281. Каким образом всплывает и погружается подводная лодка? Как она удерживается на определенной глубине под водой? Не нарушают ли устойчивость подводной лодки колебания плотности воды? Конечно, эти колебания можно было бы учитывать и соответствующим образом изменять положение лодки. Но, во-первых, это не очень удобно, а во-вторых − и это самое главное, − подобные изменения могут способствовать обнаружению лодки противником.
 К счастью, в морских глубинах имеются такие слои (их называют термоклинными), где подводная лодка оказывается устойчивой по отношению к колебаниям плотности воды. Каковы особенности этих областей?

Ответ:

Изменится ли уровень воды в бассейне?

278. Что произойдет с уровнем воды (поднимется он, опустится или останется прежним) в бассейне, если из лодки, плавающей в бассейне, в него бросить камень? Эту задачу как-то предложили знаменитым физикам Гамову, Оппенгеймеру и Блоху и ... все трое ответили неверно. Изменится ли уровень воды в бассейне, если лодку потопить, скажем, проделав дыру в ее днище? Если уровень изменится, то в какой момент он начнет меняться, в частности случится ли это сразу, как только вода станет поступать в лодку?

Ответ:

Плавучесть песочных часов.

277. Предположим, песочные часы плавают в узкой трубке с водой, как показано на рис. Всплывут ли они, если трубку перевернуть?
 Первоначально песок был в нижней части часов, теперь он находится вверху и начинает пересыпаться вниз. Казалось бы, масса и объем часов остались прежними, так что они должны бы всплыть. Однако часы остаются на дне до тех пор, пока песок полностью не пересыплется в их нижнюю половинку. Почему? Зависит ли плавучесть песочных часов от того, в верхней или нижней части их находится песок?

Ответ:

51(335). Мыльный пузырь надувается воздухом, температура которого выше комнатной. При диаметре пузыря d = 0,3 мм он начинает всплывать (в комнате). На сколько процентов температура воздуха в пузыре выше комнатной? Коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора σ = 0,038 Н/м. Силой тяжести пленки пренебречь.

Решение.
 Если диаметр пузыря d, то давление о нем больше окружающего po на величину 8σ/d (у пленки две поверхности).
Поэтому по уравнению состояния масса воздуха в пузыре при температуре T равна

m = M(po + 8σ/d)πd3/(6RT),

Самая высокая гора.

216. Почему на Земле нет гор, скажем, в десять раз выше Эвереста? (Вершина Нике Олимпика на Марсе выше Эвереста более чем вдвое.) От чего зависит предельная высота горных вершин и какова она?

Ответ:
 Если бы горы были выше некой критической высоты, которая составляет примерно 30 км, то давление у основания горы оказалось бы настолько велико, что породы там расплавились бы и высота горы уменьшилась до критического значения. Поэтому высота гор не может превышать 30 км. Поскольку сила тяжести на поверхности Марса меньше, чем на поверхности Земли, критическая высота марсианских гор больше, чем земных.


Зачем солят лед?

207. Когда моя бабушка делает дома мороженое, она обкладывает сосуд для мороженого льдом, а лед посыпает солью. Зачем она сыпет соль? Кстати, зачем посыпают солью лед на дорогах? По-видимому, на оба вопроса вы ответите одинаково: чтобы понизить температуру замерзания. Да, это так. Но каким образом это может сделать соль? Известно, что в очень холодную погоду соль не улучшает дорожных условий. Какова же самая низкая температура, при которой еще есть смысл посыпать дорогу солью? Насколько холодно должно быть, чтобы соленый водоем начал замерзать сверху?

Ответ:

Шипы на шинах и песок в гололед.

206. Зимой в гололед улицы часто посыпают песком, а на шины автомобилей надевают шипы. Почему ни то, ни другое не дает желаемого эффекта при температуре ниже нуля (по шкале Фаренгейта, 0 °F = −17,8 °С), а при температуре выше нуля эти средства помогают?

Ответ:

Как лепится снежок?

205. Почему нельзя слепить снежок при очень низкой температуре? Вообще, как лепится снежок? При какой примерно самой низкой температуре еще можно слепить приличный снежок?

Ответ:
 Когда лепят снежок, комок снега сжимают. Под давлением снег (по крайней мере поверхностный слой) растапливается; затем, замерзая, он и удерживает слепленный снежок.


Смотрите еще