Номер 25, страница 52, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава IV. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Плавание тел. Параграф 21. Плавание тел - номер 25, страница 52.

Условие.

25. Объясните, благодаря чему подводная лодка может изменять глубину погружения. Необходимые сведения об устройстве подводной лодки можно найти в Интернете.

Решение.

Подводная лодка способна изменять глубину своего погружения благодаря изменению своей средней плотности, что позволяет управлять соотношением между силой тяжести и выталкивающей силой (силой Архимеда), действующей на нее.

Ключевым элементом в этом процессе являются балластные цистерны – специальные прочные отсеки внутри корпуса лодки, которые можно заполнять водой или воздухом.

1. Погружение. Чтобы начать погружение, подводная лодка должна стать «тяжелее» воды, то есть ее средняя плотность должна стать больше плотности окружающей воды. Для этого открываются клапаны (кингстоны), и балластные цистерны заполняются забортной водой. Масса лодки увеличивается, а ее объем остается прежним. В результате сила тяжести $F_g$ становится больше выталкивающей силы Архимеда $F_A$, и лодка начинает тонуть. $F_g > F_A$

2. Всплытие. Для всплытия необходимо сделать лодку «легче» воды, то есть уменьшить ее среднюю плотность. Это достигается путем вытеснения воды из балластных цистерн сжатым воздухом, который хранится на борту в баллонах под высоким давлением. По мере заполнения цистерн воздухом масса лодки уменьшается. Выталкивающая сила $F_A$ становится больше силы тяжести $F_g$, и лодка начинает подниматься на поверхность. $F_A > F_g$

3. Поддержание постоянной глубины. Чтобы лодка находилась на определенной глубине в неподвижном состоянии (зависала), необходимо достичь состояния нейтральной плавучести. При этом ее средняя плотность должна быть равна плотности окружающей воды. Сила тяжести в этом случае уравновешивается выталкивающей силой. Этого добиваются, точно регулируя количество воды в балластных цистернах. $F_A = F_g$

Дополнительно для маневрирования по глубине во время движения используются горизонтальные рули (гидропланы). Изменение их угла атаки создает гидродинамическую силу, которая помогает быстрее погружаться, всплывать или точно поддерживать заданную глубину.

Ответ: Подводная лодка изменяет глубину погружения путем изменения своей средней плотности. Это достигается заполнением специальных балластных цистерн водой для увеличения массы и погружения, и вытеснением из них воды сжатым воздухом для уменьшения массы и всплытия.