Πώς επιπλέουν τα σκάφη;

Αν κάποιος ρίξει έναν λοστό στον ωκεανό, βυθίζεται, αλλά ένα πλοίο, που έχει βάρος πολλαπλάσιο από αυτό ενός λοστού, καταφέρνει να επιπλεύσει στο νερό. Αυτό το ενδιαφέρον φαινόμενο γνωστό ως πλευστότητα είναι ο λόγος που τα σκάφη επιπλέουν. Οι ιδιότητες της άνωσης περιγράφηκαν για πρώτη φορά από τον Έλληνα μαθηματικό Αρχιμήδη, σε αυτό που σήμερα ονομάζουμε Αρχή του Αρχιμήδη. Αυτή η αρχή δηλώνει ότι οποιοδήποτε αντικείμενο, εν όλω ή εν μέρει βυθισμένο σε ένα ρευστό, σηκώνεται από μια δύναμη ίση με το βάρος του ρευστού που μετατοπίζεται από το αντικείμενο.

Ο Αρχιμήδης λέγεται ότι ανακάλυψε την αρχή στην μπανιέρα, η οποία είναι λογική, επειδή μια μπανιέρα είναι ένα εξαιρετικό μέρος για την έρευνα της πλευστότητας και της μετατόπισης. Ανακάλυψε ότι όταν ένα αντικείμενο (όπως ένας επιστήμονας) τοποθετείται σε ένα ρευστό, το επίπεδο του υγρού αυξάνεται, επειδή το αντικείμενο έχει μετατοπίσει μέρος του υγρού. Ο Αρχιμήδης συνειδητοποίησε ότι κάθε αντικείμενο τοποθετημένο στο νερό θα εκτοπίσει το βάρος ή τον όγκο του στο νερό, το οποίο έρχεται ποτέ πρώτο. Αυτό ονομάζεται λόγος βάρους προς επιφάνεια.

Συνειδητοποίησε ότι διαφορετικά υλικά που έχουν διαφορετικές πυκνότητες αλλά ίσο όγκο θα έχουν διαφορετική πλευστότητα. Μια μπάλα μπόουλινγκ θα βυθιστεί, ενώ ένα μπαλόνι γεμάτο αέρα θα επιπλέει, παρόλο που καταλαμβάνουν τον ίδιο όγκο στο διάστημα. Αυτό οφείλεται στη μεγαλύτερη πυκνότητα της μπάλας μπόουλινγκ. Σε αντίθεση με ένα μπαλόνι, μια μπάλα μπόουλινγκ ζυγίζει περισσότερο από το βάρος του νερού που μετατοπίζει, οπότε η μπάλα έχει χαμηλή αναλογία επιφάνειας προς βάρος. Ένα σκάφος είναι ουσιαστικά ένα κοίλο κέλυφος γεμάτο αέρα, πράγμα που σημαίνει ότι έχει μεγάλη αναλογία επιφάνειας προς βάρος. Επομένως, το σκάφος θα είναι ακόμα πολύ πάνω από την επιφάνεια όταν έχει μετατοπίσει το αντίστοιχο βάρος του στο νερό.

Τα σκάφη επιπλέουν λόγω του σχεδιασμού τους. Όταν ένα σκάφος είναι πολύ φορτωμένο, θα εγκατασταθεί χαμηλότερα στο νερό, επειδή η αναλογία επιφάνειας προς βάρος είναι διαφορετική από ό, τι όταν το σκάφος είναι ελαφρύ. Ένα σκάφος θα παραμείνει πλωτό και σταθερό με την προϋπόθεση ότι δεν είναι υπερφορτωμένο.

Μόλις κάποιος γνωρίζει πώς τα σκάφη επιπλέουν, μπορεί να φανταστεί πώς τα άλλα αντικείμενα επιπλέουν. Από κομμάτια ξύλου σε πάπιες, η αναλογία βάρους-επιφάνειας ενός αντικειμένου υπαγορεύει την πλευστότητά του. Αυτό εξηγεί επίσης γιατί τα σκάφη βυθίζονται: εάν το κύτος ενός σκάφους παραβιαστεί, αρχίζει να παίρνει νερό, το οποίο το κάνει πιο πυκνό, με αποτέλεσμα να εκτοπίζει περισσότερο νερό. Εάν το σκάφος πάρει αρκετό νερό, θα γίνει πολύ βαρύ για να παραμείνει πλωτό.