Hai mai visto una di quelle navi da crociera giganti? O una nave da carico ammassata di container? O forse anche una portaerei coperta di aerei a reazione? Come fanno queste enormi navi a galleggiare sull’acqua? L’acqua è molto meno densa dell’acciaio di cui sono fatte queste navi. Allora perché queste navi non stanno affondando sul fondo del porto?
Che cos’è il galleggiamento?
Possiamo ringraziare Archimede per essere stato il primo a spiegare il principio alla base di questo enigma. Archimede era uno scienziato greco nato nel 287 a.C. Questo principio è noto come galleggiamento o principio di Archimede.
Il principio di Archimede afferma che la forza esercitata su un oggetto in un fluido è uguale al peso del fluido spostato (spostato) dall’oggetto. Questa forza è chiamata forza di galleggiamento. La forza di galleggiamento spinge l’oggetto verso l’alto. La gravità esercita una forza verso il basso sull’oggetto (il suo peso), che è determinata dalla massa dell’oggetto. Quindi, se la forza esercitata verso il basso sull’oggetto dalla gravità è inferiore alla forza di galleggiamento, l’oggetto galleggerà.
Lo sapevi?
Si pensa che Archimede abbia corso nudo per le strade gridando “Eureka! (“Ce l’ho!” in greco) dopo essersi reso conto che la quantità d’acqua spostata dal suo bagno era uguale al peso del suo corpo.
Come si collega la galleggiabilità alla densità?
Se un blocco di legno di un centimetro cubo (1 cm x 1 cm x 1 cm) viene messo in un contenitore d’acqua, la quantità d’acqua spostata sarà uguale al peso del blocco di legno. Ma cosa succede se un blocco delle stesse dimensioni è fatto di piombo? Il piombo ha una densità molto più alta del legno. Se un blocco di piombo di un centimetro cubo viene messo in un contenitore d’acqua, la quantità d’acqua spostata sarà uguale al peso del blocco di piombo.
Nel caso del legno, il peso dell’acqua spostata è piccolo. La forza di galleggiamento è maggiore della forza gravitazionale, quindi il legno galleggia. Il piombo è più denso del legno. Ciò significa che contiene più massa nello stesso volume. Quindi il piombo sposta più acqua del legno. La forza gravitazionale sul piombo supera la forza di galleggiamento, quindi il piombo affonda.
Come si applicano galleggiamento e densità alle navi?
Come si può applicare questo principio alle navi? Le navi sono enormi vascelli d’acciaio. Una nave può avere una massa di centinaia di migliaia di tonnellate. L’acciaio è molto più denso dell’acqua, quindi si potrebbe pensare che le enormi navi d’acciaio affondino, giusto? Beh, pensaci bene! Ciò che aiuta a mantenere le navi a galla è la loro forma e ciò che si trova al loro interno. Le navi non sono pezzi solidi di acciaio. Invece, sono per lo più gusci cavi di acciaio. Ci sono tutti i tipi di componenti all’interno della nave. Per esempio il motore della nave, il carburante e il carico possono essere all’interno. Ma soprattutto, c’è aria dentro una nave!
Lo sapevate?
La nave più pesante del mondo è la Pioneering Spirit. Sposta circa 900 000 tonnellate metriche di acqua. Questo equivale a circa 300 000 elefanti!
L’aria che si trova all’interno di una nave è molto meno densa dell’acqua. È questo che la fa galleggiare! La densità media del volume totale della nave e di tutto ciò che si trova al suo interno (compresa l’aria) deve essere inferiore allo stesso volume d’acqua. Quando una nave è immersa nell’acqua, spinge verso il basso e sposta una quantità d’acqua pari al suo peso. Più la densità totale della nave è vicina alla densità dello stesso volume d’acqua, maggiore sarà la quantità di nave che sarà in acqua. Se la densità media della nave è sempre maggiore della densità dell’acqua, allora la nave affonderà sotto la superficie dell’acqua.
Quando una nave affonda, è perché l’acqua entra nella nave. Questo spinge fuori l’aria, rendendo la densità media della nave maggiore di quella dell’acqua. Uno dei disastri più famosi è l’affondamento dell’RMS Titanic. La nave colpì un iceberg al largo della costa meridionale di Terranova nell’aprile del 1912. L’iceberg aprì diversi piccoli fori nello scafo della nave, lasciando entrare l’acqua a prua. Man mano che l’acqua entrava nella nave, l’aria veniva spinta fuori. Questo causò l’affondamento della nave sul fondo dell’oceano.
Proprio come ogni altra nave che sia mai affondata, il Titanic finì sul fondo dell’oceano a causa della (mancanza di) galleggiamento!
Lo sapevi?
Dopo aver colpito l’iceberg, il Titanic affondò in 160 minuti. Sono solo 2 ore e 40 minuti!