Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический университет (СПбГМТУ) Среднетехнический факультет.
«Использование механизмов плавучести гидробионтов в технике для освоения гидросферы».
Составитель:
Кузьмин Кирилл, студент 821 гр.
Ляпкин Владислав, студент 824 гр.
Научный руководитель:
кандидат психологических наук, доцент
Бабаева Наталья Михайловна.
Санкт-Петербург,
11 Декабря 2013 г. Введение и цели работы.
Океан – самая малоизученная человеком среда на Земле. Вода занимает около 70 процентов общей площади планеты. Освоение этого пространства может пойти на пользу человечеству. Что оно может дать?
Во-первых, дно океана богато ресурсами, из которых мы сейчас активно используем только нефть и газ. Там присутствуют множество других ресурсов, включая конкреции, залежи металлических руд и прочее.
Во-вторых, развитие океана сопряжено с развитием межконтинентального сообщения и усовершенствованием видов морского транспорта.
В-третьих, океан может послужить человеку дополнительной средой обитания в случае перенаселения, когда не останется свободного места на суше, или в случае глобальной катастрофы.
Цель моей работы – рассмотрение возможного использования природных механизмов плавучести гидробионтов в технике.
Краткий экскурс в историю.
Человечество начало изучать океан со времён создания первых средств передвижения по воде. Почти сразу появилась потребность перевозить грузы с места на место (на что большое влияние оказала торговля). Понадобились новые конструкторские решения.
Спустя века, развитие водного сообщения начало требовать сложных расчётов. Это стало необходимо, поскольку с ходом истории суда развивались и должны были выдерживать длительное нахождение в пути, а также натиск штормов. Для этого древним учёным нужно было знать природу плавучести.
Древнегреческий учёный Архимед сформулировал закон, согласно которому погруженное тело находится в равновесии, когда его вес равен весу вытесненной жидкости.
Считают, что Архимед вывел этот закон, решая задачу определения плотности тела, не прибегая к объёмам. По легенде, ему требовалось узнать, из золота ли сделана корона, весившая столько же, сколько золотой слиток. Прямо измерить объём короны он не мог из-за её сложной формы.
Природа силы Архимеда.
На погружённое тело со всех сторон действует сила давления жидкости. Причём сила давления жидкости снизу больше силы давления этой же жидкости сверху. Таким образом, возникает выталкивающая сила, направленная против силы тяжести.
При этом сила выталкивания, по природе являющаяся разностью сил давления, зависит от плотности жидкости, а вес от плотности тела. Обе силы являются равнодействующими распределённых нагрузок. Понятно, что чем выше плотность жидкости, тем меньшая часть тела погрузится до равновесия. Наоборот, чем больше плотность тела при заданном объёме, тем больше его масса, и тем глубже оно погрузится.
Три случая нахождения тела в воде:
Тело, находящееся в равновесии в толще воды, обладает нейтральной плавучестью. Силы плавучести и тяжести при этом взаимно уравновешены, а средняя плотность тела должна быть равна плотности воды.
Тело, погружающееся в толще воды с определенной скоростью, обладает отрицательной плавучестью. Гравитационная сила в этом случае превышает силу плавучести, поскольку средняя плотность тела больше плотности воды.
Тело, всплывающее в толще воды, обладает положительной плавучестью. В данном случае сила плавучести больше силы тяжести, так как средняя плотность тела меньше плотности воды.