Сегодня вы узнаете, из-за чего грустил Архимед, почему воде не важно, сколько вы весите и как провести эксперимент, чтобы все понять.
Около трех тысяч лет назад жил на Сицилии мужичок умный, а звали его Архимед Фидийевич. Знали о уме его блистательном в городке Сиракузах и о трудах его научных.
Ладно, такой текст сложно читать. Сама по себе история о Архимеде и короне избита, но как вводная часть и хороший пример очень подходит. Я не осужу, если она вам не интересна. В этом случае пролистайте до следующего подзаголовка.
По рассказам, а от них мы и будем отталкиваться, Архимеда пригласил к себе царь с просьбой о помощи. Ювелиры сделали ему красивую корону на заказ из чистого золота. Однако царь был не очень доверчивым (возможно и не зря, потому что правил он недолго) и попросил Архимеда проверить, действительно ли корона из чистого золота. А как он там это сделает - его проблемы.
Весы в то время были, и вполне можно взять кусок золота такого же веса и сопоставить, но вот проблема - непонятно, что там внутри короны, а прецеденты с подмешиванием разных металлов в золото уже были. А так, как высшей математики и моделирования в то время еще не было, то и объем короны измерить довольно трудно
Если бы объемы были разные, а вес одинаковый - значит с короной что-то не то.
Грустный Архимед пошел причащаться сицилийским вином и думать, как решать проблему. Русского нрава в нем не было и способов обмануть царя он, конечно, не рассматривал. Но оно и к лучшему. Закурил папироску под мотивирующую аудиокнигу и наполнил ванну, чтоб смыть этот день и забыться.
А так как был он не из бедствующих, ванну набрал побольше и устроился в ней. Как мы с вами понимаем, часть воды перелилась через края. Три тысячи лет назад это стало откровением для человека. Тело вытеснило воду! С радостными криками побегал по окрестностям, пугая округу и вернулся домой.
А теперь переходим к тому, о чем примерно думал Архимед.
Если я помещу корону в сосуд с водой, уровень воды немного поднимется. И если после этого я помещу золотой слиток такого же веса в такой же сосуд, уровень воды должен подняться на ту же высоту. Если этого не произойдет, значит в золоте короны есть примеси.
Так и произошло. Ученый доказал, что с короной что-то не так, ювелира скорее всего казнили, а мы двигаемся дальше.
Путь к кораблям
Конечно, эта особенность воды была бы нам не очень интересна, если бы не ее практическое применение.
Как мы знаем, предметы вполне могут плавать на поверхности, уходить на дно или быть в промежуточном состоянии. Глядя на плавающие сейчас огромные корабли делаем вывод, что это зависит не только от веса. Да и киты не на дне лежат.
Возможно вы помните из школьного курса физики, что вода имеет свойство выталкивать предметы. А сила выталкивания направлена вверх.
Главный вопрос, который многие избегают - а почему вверх? Дело в давлении воды. Чем ниже глубина, тем сильнее ее давление. Когда мы опускаем предмет в воду, снизу на него вода давит чуть сильнее, чем сверху. И если бы не хитрая гравитация, все предметы бы всплывали.
Для полноты картины добавим понятие плотности. Грубо - это насколько плотно укомплектованы атомы в веществе. Если плотность предмета будет меньше плотности воды - он всплывет. Если больше - утонет.
И нет ничего гениальнее, чем проверить плотность воды с помощью самой воды.
Эксперимент №1. Достаем широкий сосуд и наливаем в него воду. Отмечаем уровень воды. Далее берем пластиковую колобашку, весом которой можно пренебречь и ставим её на поверхность воды. Она, конечно, плавает на поверхности.
Но если мы начнем заливать в колобашку воду, она начнет погружаться соответственно с уровнем воды вне её. Значит плотность воды внутри колобашки и плотность воды внутри сосуда одинаковая (боже, где моя нобелевка). То есть, если забыть о колобашке, мы как будто просто долили в сосуд воды.
Но если мы, например, засыплем немного песка, то конструкция тоже не пойдет на дно, хотя плотность песка выше. Дело в том, что помимо песка в колобашке есть еще и воздух, а его плотность ниже. А в сумме получается, что вода плотнее (нам это еще пригодится).
Эксперимент №2.
Берем те же инструменты, но теперь будем обращать внимание не на уровень внутри колобашки, а снаружи. В тот же большой сосуд заливаем воду и отмечаем уровень. В колобашку наливаем пол-литра воды, закупориваем и опускаем. Если колобашка не тяжелая, она будет плавать. Уровень воды поднялся. Отмечаем это.
Теперь вместо воды засыпаем в колобашку песок. Теперь она весит один килограмм. Опускаем в воду. Можно заметить, что уровень воды поднялся на ту же отметку, что и в прошлый раз, хотя веса разные.
Из всего этого делаем единственно возможный вывод - вытеснение воды зависит не от веса тела, а от воды, который в это тело можно поместить.
Если проще: если вы ляжете в наполненную до краев ванну при весе в 50кг, на пол не выльется 50 литров воды. Выльется столько, сколько бы в вас поместилось воды, будь вы полым внутри.
Как не тонут корабли
Ну вот мы подошли к главному. По экспериментам стало понятно, что плотность материалов важнее, чем их вес. А если точнее, то общая плотность важнее (как с песком).
Предположим, что колобашка из наших экспериментов не пластиковая, а металлическая. Скорее всего она утонет. Однако если мы сделаем ее глубже и шире, в ней появится намного больше воздуха, и общая плотность уменьшится, хотя вес колобашки увеличится. И чем больше мы хотим загрузить наш корабль, тем шире и выше он должен быть. Соответственно, тем глубже низ уйдет под воду.
Если мы хотим, чтоб плыл корабль весом в тонну, нам нужно затопить такую часть пространства корабля, в которую бы вместилась тонна воды. А ватерлиния на корабле показывает, на сколько он уходит под воду в полной загруженности.
Вопрос читающим:
Если в кастрюлю налить воды, поставить на весы и опустить руку в воду не касаясь дна, вес кастрюли измениться?
Спасибо, что прочитали эту статью! Если вам понравилось, поставьте лайк и подпишитесь на канал! В мире еще много интересного!