Номер 5, страница 58 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 2. Механические свойства жидкостей, газов и твёрдых тел. Параграф 14. Плавание судов. Воздухоплавание. Вопросы для самопроверки - номер 5, страница 58.

Условие.

5. Как можно увеличить грузоподъёмность судна?

Решение.

5. Грузоподъёмность судна — это максимальная масса груза, которую оно может безопасно перевозить. Она определяется на основе закона Архимеда, согласно которому плавающее тело вытесняет объём жидкости, вес которой равен весу самого тела. Условие плавания судна с грузом можно записать так:

Сила тяжести = Сила Архимеда

$(m_{с} + m_{г}) \cdot g = \rho_{ж} \cdot g \cdot V_{п}$

Здесь $m_{с}$ — масса самого судна, $m_{г}$ — масса груза, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, $\rho_{ж}$ — плотность жидкости (воды), а $V_{п}$ — объём погружённой (подводной) части судна. Максимальная грузоподъёмность достигается, когда судно погружено до грузовой ватерлинии, и объём подводной части максимален ($V_{max}$). Выразим максимальную массу груза:

$m_{г\_max} = \rho_{ж} \cdot V_{max} - m_{с}$

Из этой формулы видно, что для увеличения грузоподъёмности ($m_{г\_max}$) необходимо:

1. Увеличить максимальный объём подводной части судна ($V_{max}$). Это основной способ, реализуемый при проектировании и постройке судов. Увеличение длины, ширины и высоты борта корабля позволяет ему вытеснять больший объём воды, что создаёт большую выталкивающую силу и позволяет нести больше груза. Проще говоря, нужно сделать судно больше.

2. Уменьшить собственную массу судна ($m_{с}$). Если при тех же размерах (и одинаковом $V_{max}$) сделать судно легче, то «свободное» место в уравнении весов можно будет занять дополнительным грузом. Этого достигают, применяя более лёгкие и прочные конструкционные материалы, например, высокопрочные стали, алюминиевые сплавы или композиты вместо обычной стали.

3. Переместить судно в более плотную воду ($\rho_{ж}$). Этот способ не конструктивный, а эксплуатационный. Плотность солёной морской воды выше плотности пресной речной. Поэтому в море на судно действует большая выталкивающая сила, и оно может взять на борт больше груза, чем в реке, при одинаковой осадке. Этот факт отражён на грузовой марке (диске Плимсоля), которая наносится на борт судна и показывает допустимую осадку для воды разной плотности.

Ответ: Чтобы увеличить грузоподъёмность судна, нужно либо увеличить его размеры (прежде всего, объём подводной части), либо уменьшить его собственную массу за счёт использования более лёгких материалов. Также грузоподъёмность судна будет выше в более плотной воде (например, в солёной морской по сравнению с пресной речной).