Ați văzut vreodată una dintre acele nave de croazieră uriașe? Sau un cargobot îngrămădit cu containere? Sau poate chiar un portavion acoperit cu avioane cu reacție? Cum reușesc aceste nave uriașe să plutească pe apă? Apa este mult mai puțin densă decât oțelul din care sunt făcute aceste nave. Atunci de ce nu se scufundă aceste nave până la fundul portului?
Ce este flotabilitatea?
Îi putem mulțumi lui Arhimede pentru că a fost primul care a explicat principiul din spatele acestui puzzle. Arhimede a fost un om de știință grec care s-a născut în anul 287 î.Hr. Acest principiu este cunoscut sub numele de flotabilitate sau Principiul lui Arhimede.
Principiul lui Arhimede afirmă că forța exercitată asupra unui obiect într-un fluid este egală cu greutatea fluidului deplasat (mutat din drum) de către obiect. Această forță se numește forță de plutire. Forța flotantă împinge în sus împotriva obiectului. Gravitația exercită o forță descendentă asupra obiectului (greutatea acestuia), care este determinată de masa obiectului. Astfel, dacă forța exercitată în jos asupra obiectului de către gravitație este mai mică decât forța de plutire, obiectul va pluti.
Știați că?
Se crede că Arhimede a alergat gol pe străzi strigând „Eureka!”. („Am găsit!” în greacă) după ce și-a dat seama că cantitatea de apă dislocată din baia sa era egală cu greutatea corpului său.
Cum se leagă flotabilitatea de densitate?
Dacă un bloc de lemn de un centimetru cub (1 cm x 1 cm x 1 cm) este plasat într-un recipient cu apă, cantitatea de apă dislocată va fi egală cu greutatea blocului de lemn. Dar ce se întâmplă dacă un bloc de aceeași mărime este făcut din plumb? Plumbul are o densitate mult mai mare decât lemnul. Dacă un bloc de plumb de un centimetru cub este plasat într-un recipient cu apă, cantitatea de apă dislocată va fi egală cu greutatea blocului de plumb.
În cazul lemnului, greutatea apei dislocate este mică. Forța de plutire este mai mare decât forța gravitațională, astfel că lemnul plutește. Plumbul este mai dens decât lemnul. Asta înseamnă că acesta conține mai multă masă în același volum. Prin urmare, plumbul deplasează mai multă apă decât lemnul. Forța gravitațională asupra plumbului depășește forța de plutire, astfel încât plumbul se scufundă.
Cum se aplică flotabilitatea și densitatea la nave?
Cum poate fi aplicat acest principiu la nave? Navele sunt vase enorme din oțel. O navă poate avea o masă de sute de mii de tone. Oțelul este mult mai dens decât apa, așa că ați crede că navele masive din oțel se vor scufunda, nu? Ei bine, gândiți-vă din nou! Ceea ce ajută la menținerea navelor pe linia de plutire este forma lor și ceea ce se află în interiorul lor. Navele nu sunt bucăți solide de oțel. În schimb, ele sunt în mare parte cochilii scobite din oțel. În interiorul navei există tot felul de componente. De exemplu, motorul navei, combustibilul și încărcătura pot fi în interior. Dar, cel mai important, în interiorul unei nave se află aer!
Știați că?
Cea mai grea navă din lume este Pioneering Spirit. Aceasta deplasează aproximativ 900 000 de tone metrice de apă. Este echivalentul a aproximativ 300 000 de elefanți!
Aerul care se află în interiorul unei nave este mult mai puțin dens decât apa. Asta este ceea ce o face să plutească! Densitatea medie a volumului total al navei și a tot ceea ce se află în interiorul ei (inclusiv aerul) trebuie să fie mai mică decât același volum de apă. În timp ce o navă este așezată în apă, aceasta împinge în jos și deplasează o cantitate de apă egală cu greutatea sa. Cu cât densitatea totală a navei este mai apropiată de densitatea aceluiași volum de apă, cu atât mai mare va fi cantitatea de navă care se va afla în apă. Dacă densitatea medie a navei este întotdeauna mai mare decât densitatea apei, atunci nava se va scufunda sub suprafața apei.
Când o navă se scufundă, se întâmplă pentru că apa intră în navă. Aceasta forțează aerul să iasă afară, ceea ce face ca densitatea medie a navei să fie mai mare decât cea a apei. Unul dintre cele mai cunoscute dezastre este scufundarea vasului RMS Titanic. Nava a lovit un iceberg în largul coastei sudice a Newfoundlandului în aprilie 1912. Icebergul a deschis mai multe găuri mici în corpul navei, lăsând apa să pătrundă în prova. Pe măsură ce mai multă apă intra în navă, aerul era forțat să iasă. Acest lucru a făcut ca nava să se scufunde pe fundul oceanului.
Ca orice alt vas care s-a scufundat vreodată, Titanicul a ajuns în cele din urmă pe fundul oceanului din cauza (lipsei) flotabilității!
Știați că?
După ce a lovit aisbergul, Titanicul s-a scufundat în 160 de minute. Asta înseamnă doar 2 ore și 40 de minute!