Главная Советы Какой металл самый легкий? Его свойства и особенности. Почему железные корабли не тонут? Почему корабли могут ходить по воде

Какой металл самый легкий? Его свойства и особенности. Почему железные корабли не тонут? Почему корабли могут ходить по воде

) совместно со специалистами из Политехнической школы инженерии при Нью-Йоркском университете создали новый металлокомпозит , который настолько лёгок, что может держаться на воде и не тонуть .

Композит с матрицей из магниевого сплава представляет так называемую синтактическую пену - тип композитного материала, созданный путём заполнения металлической, полимерной или керамической матрицы полыми частицами. В данном случае матрица из магниевого сплава наполнена полыми частицами карбида кремния , разработанными DST. То есть она представляет собой своего рода металлическую пену.

Учёные утверждают, что в результате у них получилась самая лёгкая в мире синтактическая пена с металлической матрицей. "Пенная" структура позволяет материалу иметь плотность 0,92 грамма на один кубический сантиметр, то есть меньше плотности воды, так что материал может удерживаться на поверхности жидкости и не тонуть.

Чрезвычайно прочные шарики из карбида кремния способны выдерживать давление более 1757,6 килограмм-силы на квадратный сантиметр. Такие сферы также могут обеспечить ударопрочность, действуя как поглотители энергии.

Изменение количества сфер, которые добавляются к матрице, позволяют композиту приобретать и некоторые другие свойства, которые могут быть настроены в зависимости от цели применения.

В будущем подобный материал может быть использован для строительства морских судов, которые будут оставаться на плаву даже после получения повреждений корпуса. Кроме того, материал получился достаточно плотным, чтобы изготовленное из него судно могло выдержать суровые морские условия.

Материал также может похвастаться термостойкостью, что делает его жизнеспособной альтернативой лёгким композитам с полимерной матрицей , которые были в центре внимания многих исследований в последние годы и использовались для изготовления компонентов морских судов и автомобилей (вместо более тяжёлых компонентов на основе металлов).

"Эта новая разработка в области композиционных материалов - очень лёгкий материал, который позволит снова вернуться к изготовлению компонентов из металла, - говорит профессор кафедры механики и аэрокосмической техники Нихил Гапта (Nikhil Gupta), соавтор исследования. -Способность металлов выдерживать более высокие температуры может стать огромным преимуществом, если компоненты изготавливаются для двигателя или же им придётся контактировать с выхлопными газами".

Среди некоторых потенциальных способов использования материала не только облицовка дна корабля, также, по мнению создателей, он пригодится для создания автомобильных деталей, плавучих машин и брони для военного транспорта. Последний пример объясняет, почему разработки DST осуществляет при поддержке Научно-исследовательской лаборатории армии США (US Army Research Laboratory).

По словам разработчиков, прототипы устройств из нового материала будут протестированы в течение ближайших трёх лет.

Подробности - в научной статье , опубликованной в издании Journal of Impact Engineering.

Российско-американская команда исследователей представила революционную разработку: ультралёгкий алюминий, который не тонет в воде.

Химики из российского Южного Федерального университета и Университета штата Юта (США) разработали новую сверхлегкую кристаллическую форму алюминия. Она не тонет в воде и может быть применена в различных сферах экономики и промышленности. Для создания нового материала был применен инновационный подход с использованием вычислительной техники. Об исследовании сообщает Science Daily .

Профессор Александр Болдырев (Alexander Boldyrev) из Университета Юты совместно с коллегами из Южного федерального университета реструктурировал обычный алюминий на молекулярном уровне. Для этого специалисты использовали компьютерное моделирование и «собрали» новую кристаллическую решётку.

Болдырев поясняет: его команда работала с кристаллической решёткой алмаза. Взяв за основу её структуру, учёные заменили каждый атом углерода тетраэдром алюминия.
В итоге получилась новая метастабильная форма легчайшего алюминия. Его плотность – 0,61 грамма на кубический сантиметр (для сравнения: обычный алюминий имеет плотность 2,71 грамма на кубический сантиметр).
А это означает, что алюминий с новой кристаллической формой будет плавать на поверхности воды , плотность которой составляет один грамм на кубический сантиметр.

Такое свойство открывает гигантские перспективы для использования нового металла – относительно недорогого и простого в производстве, стойкого к коррозиям парамагнетика. Космическое строительство, медицина, электроника, автомобилестроение – это лишь некоторые сферы, в который ультралёгкий алюминий найдёт применение, уверены авторы работы. Правда, им ещё предстоит протестировать новый материал в различных условиях, в первую очередь – проверить его прочность.

Помогал проводить Денис Зеленов. 10 лет.

Летом Денис купался на Волго — Донском канале. Смотрел на большие корабли, как они идут по каналу, поднимаются и опускаются в камере шлюза. И задумался: что позволяет им не только держаться на воде, но и перевозить тяжелые грузы?

Почему корабли могут ходить по воде?

Причин несколько.

1. Плотность

Опыт 1

Все мы знаем, что если бросить в воду деревянную доску, то она будет лежать на ее поверхности, а вот металлический лист такого же размера сразу начинает тонуть.

Почему так происходит? Это определяется не весом предмета, а его плотностью . Плотность – это масса вещества, заключенная в определенном объеме.

Опыт 2

Мы взяли кубики одинакового размера 70×40х50 мм из разного материала — металл, дерево, камень и пенопласт и взвесили их. И увидели, что кубики имеют разный вес, а следовательно, и разную плотность.

Вес кубика из:

камня –264гр.,
пенопласта — 3 гр.,
металла — 1020 гр.,
дерева – 70 гр.

Отсюда сделали вывод, что из кубиков самый плотный материал – это металл, затем камень, дерево и пенопласт.

Опыт 3

А что произойдет, если эти кубики опустить в воду? Как видно из опыта камень и металл утонули – их плотность больше плотности воды, а пенопласт и дерево нет – их плотность меньше плотности воды. Значит, любой предмет будет плавать, если его плотность меньше плотности воды.

Следовательно, корабль, чтоб он держался на воде, надо сделать так, чтобы его плотность была меньше плотности воды. Предположим, делать его из такого материала, который имеет плотность меньше плотности воды и не тонет – например, из дерева. Из истории мы знаем, что человек именно из дерева делал вначале плоты, а затем лодки, используя свойство дерева –плавучесть.

Сегодня мы видим много кораблей сделанных из металла, но они не тонут. Причина в том, что их корпус наполнен воздухом. Воздух намного менее плотное вещество, чем вода. У корабля образуется, как бы общая, суммарная плотность воздуха и металла. В результате этого средняя плотность корабля вместе с огромным объемом воздуха в его корпусе становится меньше плотности воды. Потому-то и не тонет тяжелый корабль. Подтвердим это опытом.

Опыт 4

Опустим в воду плоский лист металла – он сразу же тонет, а любая посудина с бортами остается на плаву — в ней образуется запас плавучести. Туда даже можно положить груз.

Так же действует спасательные средства: жилет или круг, одетый на человека. С их помощью удается удержаться на плаву до прибытия спасателей.

2. Выталкивающая сила

Кроме того на погруженное в воду тело действует выталкивающая сила. На рисунке мы видим, что на тело со всех сторон действуют силы давления:

Силы, действующие в горизонтальном направлении, т.е. на борта судна, взаимно компенсируют друг друга. Давление же на нижнюю поверхность - на днище, превышает давление сверху. Вследствие этого возникает направленная вверх выталкивающая сила.

Это хорошо видно из следующего опыта.

Опыта 5

Мячик с воздухом внутри, погруженный в воду, с силой вылетает из нее вверх.

Это действует на мяч выталкивающая сила (сила Архимеда). Она то и удерживает корабль на плаву и позволяет кораблю плавать.

1-Силы поддержания; 2-Давление воды на борт судна

Отчего же зависит действие выталкивающей силы?

Первое – это от объема корабля и второе — от плотности воды, в которой корабль плавает. Эта сила тем больше, чем больше объем погруженного тела. Проверим это опытом.