Har du någonsin sett ett av de där gigantiska kryssningsfartygen? Eller ett lastfartyg som är högt staplat med containrar? Eller kanske till och med ett hangarfartyg täckt av jetplan? Hur kan dessa enorma fartyg flyta på vattnet? Vatten är mycket mindre tätt än det stål som dessa fartyg är gjorda av. Så varför sjunker inte dessa fartyg till botten av hamnen?
Vad är flytkraft?
Vi kan tacka Arkimedes för att han var den förste som förklarade principen bakom detta pussel. Archimedes var en grekisk vetenskapsman som föddes år 287 före Kristus. Denna princip är känd som flytkraft eller Archimedes princip.
Archimedes princip säger att den kraft som utövas på ett föremål i en vätska är lika med vikten av den vätska som förskjuts (flyttas ur vägen) av föremålet. Denna kraft kallas flytkraft. Flytkraften trycker uppåt mot föremålet. Gravitationen utövar en nedåtgående kraft på föremålet (dess vikt), som bestäms av föremålets massa. Så om den kraft som gravitationen utövar nedåt på föremålet är mindre än flytkraften kommer föremålet att flyta.
Vet du det?
Arkimedes tros ha sprungit naken genom gatorna och ropat ”Eureka!”. (”Jag har det!” på grekiska) efter att ha insett att den mängd vatten som förflyttades från hans bad var lika stor som hans kroppsvikt.
Hur förhåller sig flytkraft till densitet?
Om ett träblock som mäter en kubikcentimeter (1 cm x 1 cm x 1 cm) placeras i en behållare med vatten kommer den mängd vatten som förflyttades att vara lika stor som träblockets vikt. Men hur är det om ett block av samma storlek är gjort av bly? Bly har en mycket högre densitet än trä. Om ett en kubikcentimeter stort block av bly placeras i en behållare med vatten kommer den mängd vatten som förskjuts att vara lika stor som blyblockets vikt.
I träets fall är vikten av det vatten som förskjuts liten. Flytkraften är större än gravitationskraften, så träet flyter. Blyet är tätare än träet. Det innebär att det innehåller mer massa i samma volym. Blyet förflyttar alltså mer vatten än träet. Gravitationskraften på blyet är större än flytkraften, så blyet sjunker.
Hur tillämpas flytkraft och densitet på fartyg?
Hur kan denna princip tillämpas på fartyg? Fartyg är enorma stålfartyg. Ett fartyg kan ha en massa på hundratusentals ton. Stål är mycket tätare än vatten, så man skulle kunna tro att massiva stålfartyg skulle sjunka, eller hur? Men tänk om! Det som hjälper fartyg att hålla sig flytande är deras form och vad som finns inuti dem. Fartyg är inte solida stålbitar. I stället är de mestadels ihåliga skal av stål. Det finns alla möjliga komponenter inuti fartyget. Till exempel kan fartygets motor, bränsle och last finnas inuti. Men viktigast av allt är att det finns luft inuti ett fartyg!
Vet du det?
Världens tyngsta fartyg är Pioneering Spirit. Det förskjuter cirka 900 000 ton vatten. Det motsvarar ungefär 300 000 elefanter!
Luften som finns inuti ett fartyg är mycket mindre tät än vatten. Det är det som håller det flytande! Den genomsnittliga densiteten för den totala volymen av fartyget och allt som finns inuti det (inklusive luften) måste vara mindre än samma volym vatten. När ett fartyg sätts i vatten trycker det nedåt och förskjuter en vattenmängd som är lika stor som dess vikt. Ju närmare fartygets totala densitet ligger densiteten hos samma vattenvolym, desto större del av fartyget kommer att vara i vattnet. Om fartygets genomsnittliga densitet någonsin är större än vattnets densitet kommer fartyget att sjunka under vattenytan.
När ett fartyg sjunker beror det på att vatten kommer in i fartyget. Detta tvingar ut luften, vilket gör att fartygets genomsnittliga densitet blir större än vattnets. En av de mest kända katastroferna är RMS Titanics förlisning. Fartyget träffade ett isberg utanför Newfoundlands sydkust i april 1912. Isberget slet upp flera små hål i fartygets skrov och släppte in vatten i fören. När mer vatten trängde in i fartyget tvingades luften ut. Detta ledde till att fartyget sjönk till havets botten.
Som alla andra fartyg som någonsin sjunkit gick Titanic till slut till havets botten på grund av (brist på) flytkraft!
Vet du det?
Efter att ha träffat isberget sjönk Titanic på 160 minuter. Det är bara 2 timmar och 40 minuter!