Номер 29, 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 29, страница 52.

Условие.

29. В романе Жюля Верна «Двадцать тысяч лье под водой», написанном во второй половине XIX века, описана подводная лодка «Наутилус», внутри которой есть большие залы и даже сад. Сегодня в морях и океанах плавают большие подводные лодки, но ни в одной из них нет просторных залов и тем более садов. Почему?

Решение.

Подводная лодка «Наутилус», описанная Жюлем Верном, является продуктом научной фантастики и не учитывает реальные физические законы и инженерные ограничения, с которыми сталкиваются конструкторы современных субмарин. Отсутствие просторных залов и тем более садов в реальных подводных лодках обусловлено рядом критически важных причин.

1. Огромное давление воды.

С увеличением глубины погружения давление воды на корпус лодки возрастает колоссально. Это давление $\text{p}$ рассчитывается по формуле гидростатического давления: $p = \rho g h$, где $\rho$ – плотность воды, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, а $\text{h}$ – глубина. На рабочих глубинах современных подводных лодок (сотни метров) давление достигает десятков атмосфер, то есть на каждый квадратный метр корпуса давит сила в сотни тонн. Просторные залы потребовали бы наличия больших плоских или слабо изогнутых поверхностей (стен, потолка), которые крайне плохо сопротивляются такому всестороннему сжатию и были бы неминуемо раздавлены.

2. Оптимальная форма корпуса и внутренняя структура.

Наиболее устойчивой к равномерному внешнему давлению является сферическая форма. Поскольку сфера непрактична для движения, подводные лодки имеют сигарообразную (цилиндрическую с закругленными концами) форму, которая является наилучшим компромиссом между гидродинамикой и прочностью. Чтобы еще больше усилить конструкцию и не дать корпусу деформироваться, внутреннее пространство разделяют на множество небольших отсеков прочными поперечными переборками. Эти переборки выполняют роль мощных ребер жесткости. Создание большого зала означало бы отказ от этих жизненно важных усиливающих элементов, что фатально сказалось бы на прочности всей конструкции.

3. Обеспечение живучести и безопасности.

Разделение на герметичные отсеки — это ключевой принцип обеспечения живучести подводной лодки. В случае пробоины корпуса и затопления одного из отсеков, его можно быстро герметизировать, не давая воде распространиться по всей лодке. Это позволяет сохранить плавучесть и дает экипажу шанс на спасение. В лодке с одним большим залом любая пробоина стала бы смертельной.

4. Рациональное использование ограниченного пространства.

Внутренний объем подводной лодки — это чрезвычайно ценный ресурс. Каждый кубический метр используется с максимальной эффективностью для размещения сложнейшего оборудования, систем жизнеобеспечения, вооружения, энергетической установки, запасов и, наконец, экипажа. Устройство просторных залов или садов было бы нерациональной тратой места, которое необходимо для выполнения основных боевых или исследовательских задач. Сад, кроме того, требовал бы огромного расхода дефицитной пресной воды, энергии для освещения и усложнил бы систему регенерации воздуха.

Ответ: В современных подводных лодках отсутствуют просторные залы и сады, поскольку их конструкция подчинена законам физики и суровым требованиям безопасности и функциональности. Для противостояния колоссальному давлению воды на глубине корпус должен иметь оптимальную форму (цилиндр) и быть усилен внутренними переборками, которые делят его на небольшие герметичные отсеки. Это обеспечивает необходимую прочность и живучесть корабля. Большие открытые пространства недопустимы, так как они ослабляют конструкцию, а нефункциональные зоны, вроде садов, являются непозволительной роскошью в условиях строгой экономии места и ресурсов.