De ce plutesc vapoarele de oțel?
Eu plutesc cu ochii deasupra apei și pot coborî când vreau. Un vapor de oțel cât patru terenuri de fotbal face doar prima parte. Ambele au aceeași explicație.
Apa împinge în sus
Când bagi un obiect în apă, el dă la o parte o bucată de apă, ca să-și facă loc. Apa din jur împinge obiectul în sus cu o forță egală cu greutatea apei date la o parte.
Regula asta se numește principiul lui Arhimede, după gânditorul grec din Siracuza, care a trăit acum peste 2.200 de ani. Dacă împingerea apei e mai mare decât greutatea obiectului, el plutește. Dacă e mai mică, se scufundă.
Forța cu care apa împinge în sus se numește forță arhimedică. De unde vine? Presiunea apei crește cu adâncimea, deci partea de jos a obiectului e apăsată mai tare decât partea de sus. Diferența dintre cele două apăsări e chiar împingerea în sus.
Un litru de apă dulce cântărește aproximativ 1 kilogram. Deci un obiect care dă la o parte un litru de apă primește o împingere cam cât greutatea unui kilogram.
Forma contează, nu doar materialul
Un litru de oțel cântărește aproape 8 kilograme. Un bloc de oțel e mult mai greu decât apa pe care o dă la o parte, așa că se scufundă.
Vaporul nu e un bloc. E o coajă subțire de oțel, cu mult aer înăuntru. Se afundă până când apa dată la o parte cântărește cât tot vaporul, cu oțel, aer și marfă. Acolo se oprește și plutește.
Fizicienii spun că un obiect plutește dacă densitatea lui medie e mai mică decât a apei. Densitatea e masa împărțită la volum. Oțelul are cam 7,8 kilograme pe litru, apa cam 1. Vaporul întreg, cu golurile lui, are în medie mai puțin de 1.
Când un vapor se umple cu apă, aerul dispare din coajă și densitatea medie crește. Titanicul a fost construit să plutească chiar cu primele patru compartimente inundate. În 1912, ciocnirea cu aisbergul a deschis cinci sau șase. A fost prea mult.
Submarinul și peștele
Un submarin are rezervoare mari, numite balasturi. Ca să coboare, le umple cu apă de mare și devine mai greu. Ca să urce, suflă aer în ele, apa iese, iar submarinul devine mai ușor.
Mulți pești fac la fel, cu un balonaș de gaz din corp, numit vezică înotătoare. Umflă sau dezumflă puțin balonașul și rămân la adâncimea dorită fără să dea din aripioare tot timpul.
Fapt sau legendă?
„Arhimede a sărit din cadă strigând „Evrika!” și a fugit dezbrăcat pe stradă.”
„Lucrurile grele se scufundă, iar cele ușoare plutesc.”
„În apa mării plutești puțin mai ușor decât într-un lac.”
Experiment: barca din plastilină și oul care urcă
Nu se știe încă
Metoda din poveste, cu apa care dă pe dinafară, ar fi fost greu de folosit: diferența de volum dintre o coroană de aur curat și una cu argint ar fi fost de numai câțiva centimetri cubi. Galileo credea că Arhimede a folosit o balanță cu coroana și o bucată de aur atârnate în apă. Nicio scriere a lui Arhimede nu ne-a lăsat răspunsul.
Testul lui Kokodel
- Hewitt P. G. Conceptual Physics. Pearson.
- Vitruviu. Despre arhitectură, cartea a IX-a.
- Encyclopaedia Britannica. Archimedes' principle; Titanic; Dead Sea; Black Sea.
- Halliday D., Resnick R., Walker J. Fundamentals of Physics. Wiley.