Dlaczego jacht utrzymuje się na wodzie, czyli z fizyką za pan brat!

Dlaczego jacht utrzymuje się na wodzie z fizycznego punktu widzenia? Jaka jest idealna odpowiedź na to pytanie?

Zbigniew Gutkowski na jachcie OPERON RACING pływa po morzach i oceanach dzięki swym dużym umiejętnościom i zdolnościom żeglarskim. Ale gdyby teraz ktoś z was miał stanąć przed tablicą  na lekcji fizyki i odpowiedzieć na pytanie nauczyciela „dlaczego jacht utrzymuje się na wodzie?”, to jaka byłaby odpowiedź na szóstkę?

Funkcjonowanie wszystkich obiektów pływających opiera się na tej samej zasadzie – bez względu na to, czy mówimy o liściu unoszącym się na kałuży, czy największym tankowcu pływającym na Oceanie Spokojnym – na zasadzie pływalności.

Pływalność zależy od ciężaru (masy) i rozmiaru pływającej jednostki. Obie te wielkości wyznaczają gęstość obiektu, którą mierzy się w gramach na centymetr sześcienny (g/cm3). Gęstość to inaczej stopień koncentracji materii. Rożne substancje o tej samej objętości mają różne masy. Masa całego ciała jest sumą mas wszystkich cząsteczek, z których jest zbudowana. Najciaśniej są upakowane cząsteczki w ciele stałym, a w gazie odległości między cząsteczkami są dziesięciokrotnie większe niż w cieczy i ciele stałym.  

Jak obliczyć gęstość? Dzieląc ciężar ciała (masę) przez jego objętość. Gęstość zimnej wody równa się 1g/cm3. Ciało o mniejszej gęstości pływa, natomiast takie, którego gęstość jest większa od gęstości wody – tonie.

A jak to jest z wielkimi statkami zbudowanymi głównie z metalu? Ich pływalność zależy od powietrza, którego gęstość jest o wiele mniejsza od gęstości wody. Nawet największe statki oceaniczne są pełne powietrza. Sprawia to, że średnia gęstość jednostki jest mniejsza niż gęstość wody.

Łatwo zrozumieć zasadę pływalności na podstawie prostego eksperymentu. Weź dwa jednakowe kawałki plasteliny i jeden z nich włóż do wody. Ponieważ jego gęstość przewyższa gęstość wody, natychmiast utonie. Z drugiego kawałka wykonaj wklęsłą łódkę i również włóż do wody. Ponieważ objętość tej łódki mieści znaczną ilość powietrza, jej wypadkowa gęstość jest mniejsza, osiągając wartość niższą od gęstości wody.

Na koniec kilka słów na temat okrętów podwodnych. Ten rodzaj statków może pływać zarówno po powierzchni wody, jak i pod wodą. Osiąga się to za pomocą ogromnych zbiorników wewnątrz kadłuba okrętu, zwanych zbiornikami balastowymi. Raz są wypełniane wodą, a raz powietrzem. Zmieniając proporcje wody i powietrza w każdym zbiorniku, można odpowiednio wyregulować wypadkową gęstość okrętu podwodnego i sprawić, że będzie on pływał na powierzchni albo się zanurzy.    

 

Ciekawostkę przygotowano na podstawie książki „Tajemnice fizyki” wydawnictwa Publicat oraz Vademecum gimnazjalnego Wydawnictwa Pedagogicznego OPERON.