Heb je ooit zo’n reusachtig cruiseschip gezien? Of een vrachtschip volgestouwd met containers? Of misschien zelfs een vliegdekschip vol met straalvliegtuigen? Hoe kunnen deze enorme schepen op het water drijven? Water heeft veel minder dichtheid dan het staal waar deze schepen van gemaakt zijn. Dus waarom zinken deze schepen niet naar de bodem van de haven?
Top naar bodem: Het cruiseschip Sun Princess, het containerschip Atlantic Compass, en het vliegdekschip USS George Washington (Bronnen: Foto’s van Sun Princess en Atlantic Compass door Scott Taylor, gebruikt met toestemming, en foto van USS George Washington U.S. Navy door Photographer’s Mate 3rd Class Heather Hess).
Wat is drijfvermogen?
We kunnen Archimedes bedanken voor het feit dat hij de eerste was die het principe achter deze puzzel uitlegde. Archimedes was een Griekse wetenschapper die in 287 v. Chr. werd geboren. Dit principe staat bekend als het drijfvermogen of Archimedes’ Principe.
Archimedes’ Principe stelt dat de kracht die wordt uitgeoefend op een voorwerp in een vloeistof gelijk is aan het gewicht van de vloeistof die door het voorwerp wordt verplaatst (uit de weg wordt bewogen). Deze kracht wordt de archimedeskracht genoemd. De archimedeskracht oefent een opwaartse kracht uit op het voorwerp. De zwaartekracht oefent een neerwaartse kracht uit op het voorwerp (zijn gewicht), die wordt bepaald door de massa van het voorwerp. Dus als de kracht die de zwaartekracht naar beneden op het voorwerp uitoefent kleiner is dan de archimedeskracht, zal het voorwerp blijven drijven.
Wat is het Archimedesprincipe? (2017) door Don’t Memorize (2:52 min.).
Wist u dat?
Archimedes zou naakt door de straten zijn gerend terwijl hij “Eureka!” riep. (
Hoe hangt de opwaartse druk samen met de dichtheid?
Als een blok hout van één kubieke centimeter (1 cm x 1 cm x 1 cm) in een bak met water wordt gelegd, is de hoeveelheid water die wordt verplaatst gelijk aan het gewicht van het blok hout. Maar hoe zit het als een blok van dezelfde grootte van lood is gemaakt? Lood heeft een veel hogere dichtheid dan hout. Als een blok lood van een kubieke centimeter in een bak met water wordt geplaatst, zal de hoeveelheid verplaatst water gelijk zijn aan het gewicht van het blok lood.
In het geval van het hout is het gewicht van het verplaatste water klein. De opwaartse kracht is groter dan de zwaartekracht, dus het hout drijft. Het lood heeft een grotere dichtheid dan het hout. Dat betekent dat het meer massa bevat in hetzelfde volume. Er wordt dus meer water verplaatst door het lood dan door het hout. De zwaartekracht op het lood is groter dan de opwaartse kracht, dus het lood zinkt.
Hoe zijn opwaartse kracht en dichtheid van toepassing op schepen?
Hoe kan dit principe op schepen worden toegepast? Schepen zijn enorme stalen schepen. Een schip kan een massa van honderdduizenden tonnen hebben. Staal heeft een veel grotere dichtheid dan water, dus je zou denken dat enorme stalen schepen zouden zinken, toch? Nou, denk nog maar eens na! Wat helpt om schepen drijvende te houden, is hun vorm en wat erin zit. Schepen zijn geen massieve stukken staal. In plaats daarvan zijn het meestal uitgeholde omhulsels van staal. Er zitten allerlei onderdelen in het schip. Bijvoorbeeld de motor van het schip, brandstof en lading kunnen binnenin zitten. Maar het belangrijkste is dat er lucht in een schip zit!
Een vol vrachtschip aan de linkerkant en een leeg vrachtschip aan de rechterkant. Merk op hoe het lege schip hoger in het water ligt (Let’s Talk Science met een afbeelding van Youst via ).
Wist u dat?
Het zwaarste schip ter wereld is de Pioneering Spirit. Het verplaatst ongeveer 900.000 metrische ton water. Dat staat gelijk aan ongeveer 300.000 olifanten. De lucht in een schip is veel minder dicht dan water. Dat is wat het drijvende houdt! De gemiddelde dichtheid van het totale volume van het schip en alles wat zich daarin bevindt (inclusief de lucht) moet minder zijn dan hetzelfde volume water. Als een schip in het water wordt gezet, duwt het naar beneden en verplaatst het een hoeveelheid water die gelijk is aan zijn gewicht. Hoe dichter de totale dichtheid van het schip ligt bij de dichtheid van hetzelfde volume water, hoe groter de hoeveelheid schip die zich in het water zal bevinden. Als de gemiddelde dichtheid van het schip steeds groter is dan de dichtheid van water, dan zal het schip onder het wateroppervlak zinken.
Ocean liner Titanic sinking on April 15, 1912 (Public domain image by Wili Stöwer via Wikimeda Commons).
Wanneer een schip zinkt, komt dat doordat er water in het schip komt. Hierdoor wordt de lucht weggedrukt, waardoor de gemiddelde dichtheid van het schip groter wordt dan die van het water. Een van de beroemdste rampen is het zinken van de RMS Titanic. Het schip botste op een ijsberg voor de zuidkust van Newfoundland in april 1912. De ijsberg scheurde verschillende kleine gaten in de romp van het schip, waardoor er water in de boeg kwam. Naarmate er meer water in het schip kwam, werd de lucht eruit geperst. Hierdoor zonk het schip naar de bodem van de oceaan.
Net als ieder ander schip dat ooit gezonken is, zonk de Titanic uiteindelijk naar de bodem van de oceaan door (een gebrek aan) drijfvermogen!
Wist je dat?
Na het raken van de ijsberg, zonk de Titanic in 160 minuten. Dat is slechts 2 uur en 40 minuten!
