Kiedy wskakujemy do basenu, schodzimy na dno jak kamień rzucony w wodę. Ale gigantyczne okręty – masowce czy lotniskowce – unoszą się na powierzchni wody. Jak to możliwe? Dlaczego statki nie toną?
Wielkie statki – jak choćby lotniskowiec USS Enterprise – pływają, a nie toną. Z drugiej strony, wszystkie lekkie rzeczy jak łożyska kulkowe, błyskawicznie opadają na dno. To nie rozmiar decyduje, czy coś unosi się na wodzie, czy tonie. Co zatem jest kluczowe?
Archimedes – pierwszy żeglarz
Wszystkie ciała na Ziemi – czy to na powierzchni, czy pod wodą – mają ciężar właściwy. Ponad 2200 lat temu Archimedes zauważył, że istnieje związek między masą ciała zanurzonego w wodzie, a objętością wypartej wody. To właśnie tzw. prawo Archimedesa sprawia, że współczesne statki pływają po morzach i oceanach. Ale Archimedes nie myślał wtedy o statkach.
Jego zadaniem była ocena, czy korona Hierona II, króla Syrakuz, jest zrobiona z czystego złota, czy ma domieszkę srebra. Archimedes wywnioskował, że jeżeli korona byłaby wykonana z czystego złota, zajęłaby mniej miejsca niż korona z domieszką srebra tej samej wagi – to dlatego, że srebro nie jest tak gęste, co złoto. Porównując objętość korony zmierzoną poprzez ilość wypartej wody z objętością tej samej wagi złota i srebra, był w stanie odpowiedzieć królowi na pytanie. Okazało się, że korona Hierona II nie jest ze szczerego złota.
Po tym wydarzeniu, Archimedes rozpoczął doświadczenia, na podstawie których sformułował prawo wyporu. Okazało się, że wszelkie przedmioty zanurzone w wodzie – w tym statki – mogą unosić się na powierzchni, jeżeli ciężar wypartej przez nie wody będzie równać się jego własnemu ciężarowi.
Dlaczego statki pływają?
Statki pływają, gdyż są puste w środku i mają odpowiednio rozłożony ciężar. Grudka stali umieszczona na wodzie błyskawicznie zatonie, a stal ukształtowana w kształt misy będzie się na niej unosić. To dlatego, że ciężar grudki jest skupiony na małej przestrzeni, a w misie równomiernie rozłożony.
Właśnie powyższy fakt sprawia, że wszystkie statki mają podobny kształt. Głębokość zanurzenia statku zależy od kształtu kadłuba i jego ciężaru. Przy danym obciążeniu statku wypiera on tyle wody, jaka jest objętość zanurzonej części. Głębokość zanurzenia każdego statku określa się już w momencie jego projektowania – inżynierowie dysponujący komputerowymi modelami kadłuba, są w stanie określić, jak zmieni się objętość zanurzonej części przy dodatkowym obciążeniu ładunkiem czy pasażerami.
