Har du nogensinde set et af de der gigantiske krydstogtskibe? Eller et fragtskib, der er stablet højt med containere? Eller måske endda et hangarskib fyldt med jetfly? Hvordan er disse enorme skibe i stand til at flyde på vandet? Vand er meget mindre tæt end det stål, som disse skibe er lavet af. Så hvorfor synker disse skibe ikke ned på bunden af havnen?
Hvad er opdrift?
Vi kan takke Arkimedes for at være den første til at forklare princippet bag denne gåde. Archimedes var en græsk videnskabsmand, som blev født i 287 fvt. Dette princip er kendt som opdrift eller Archimedes’ princip.
Archimedes’ princip fastslår, at den kraft, der udøves på et objekt i en væske, er lig med vægten af den væske, der fortrænges (flyttes af vejen) af objektet. Denne kraft kaldes opdriftskraften. Opdriftskraften skubber opad mod genstanden. Tyngdekraften udøver en nedadgående kraft på genstanden (dens vægt), som er bestemt af genstandens masse. Så hvis den kraft, som tyngdekraften udøver nedad på genstanden, er mindre end opdriftskraften, vil genstanden flyde.
Vidste du det?
Arkimedes menes at have løbet nøgen gennem gaderne og råbt “Eureka!”. (“Jeg har det!” på græsk) efter at have opdaget, at den mængde vand, der blev fortrængt fra hans bad, var lig med hans kropsvægt.
Hvordan hænger opdrift sammen med densitet?
Hvis en træklods på en kubikcentimeter (1 cm x 1 cm x 1 cm x 1 cm) placeres i en beholder med vand, vil den mængde vand, der fortrænges, være lig med træklodsens vægt. Men hvad så, hvis en blok af samme størrelse er lavet af bly? Bly har en meget højere massefylde end træ. Hvis en blyblok på en kubikcentimeter placeres i en beholder med vand, vil den mængde vand, der fortrænges, være lig med vægten af blyblokken.
I træets tilfælde er vægten af det vand, der fortrænges, lille. Opdriftskraften er større end gravitationskraften, så træet flyder. Blyet er tættere end træet. Det betyder, at det indeholder mere masse i det samme volumen. Så blyet fortrænger mere vand end træet. Tyngdekraften på blyet er større end opdriftskraften, så blyet synker.
Hvordan kan opdrift og massefylde anvendes på skibe?
Hvordan kan dette princip anvendes på skibe? Skibe er enorme stålfartøjer. Et skib kan have en masse på hundredtusindvis af tons. Stål er meget tættere end vand, så man skulle tro, at massive stålskibe ville synke, ikke sandt? Men tro om igen! Det, der er med til at holde skibe flydende, er deres form og det, der er i dem. Skibe er ikke solide stykker stål. I stedet er de for det meste udhulede skaller af stål. Der er alle mulige komponenter inde i skibet. F.eks. kan skibets motor, brændstof og last befinde sig indeni. Men vigtigst af alt er, at der er luft inde i et skib!
Vidste du det?
Det tungeste skib i verden er Pioneering Spirit. Det fortrænger omkring 900 000 tons vand. Det svarer til ca. 300 000 elefanter!
Luften, der er inde i et skib, er meget mindre tæt end vand. Det er det, der får det til at flyde! Den gennemsnitlige massefylde af skibets samlede volumen og alt det, der er inde i det (inklusive luften), må være mindre end den samme mængde vand. Når et skib sættes i vandet, skubber det nedad og fortrænger en mængde vand svarende til dets vægt. Jo tættere skibets samlede massefylde er på massefylden af det samme vandvolumen, jo større er den mængde af skibet, der vil være i vandet. Hvis skibets gennemsnitlige massefylde nogensinde er større end vandets massefylde, vil skibet synke under vandoverfladen.
Når et skib synker, er det fordi der kommer vand ind i skibet. Dette tvinger luften ud, hvilket gør, at skibets gennemsnitlige massefylde er større end vandets massefylde. En af de mest berømte katastrofer er RMS Titanic’s forlis. Skibet ramte et isbjerg ud for den sydlige kyst af Newfoundland i april 1912. Isbjerget rev flere små huller op i skibets skrog, så der kom vand ind i stævnen. Efterhånden som mere vand trængte ind i skibet, blev luften presset ud. Dette fik skibet til at synke ned på bunden af havet.
Som alle andre skibe, der nogensinde er sunket, gik Titanic i sidste ende til bunds i havet på grund af (manglende) opdrift!
Vidste du det?
Efter at have ramt isbjerget sank Titanic i løbet af 160 minutter. Det er kun 2 timer og 40 minutter!