Я стоял на берегу, смотрел на огромный сухогруз и вдруг поймал себя на мысли: «Блин, он же железный. Целиком. Тысячи тонн металла. Почему он вообще не идет ко дну?» Дома я забивал гвоздь, уронил его в ведро с водой — и он послушно утонул. Тот же металл. Но один плавает, другой — нет. Я полез в интернет и понял, что 30 лет жил с неправильным ответом.
1. Я думал, ответ знают все. Я ошибался
До этого вечера я жил с простой картиной мира:
- Дерево плавает — потому что легкое.
- Железо тонет — потому что тяжелое.
- Корабли плавают — потому что они… ну, корабли. Их так строят.
В голове сидела смутная формулировка из школьного учебника: «На тело в жидкости действует выталкивающая сила». Я даже помнил имя — Архимед. Но как эта сила работает и почему она не спасает гвоздь — я понятия не имел.
Оказалось, всё упирается в плотность. И в хитрость, которую люди придумали тысячи лет назад.
📸 ФОТО: Две банки с водой. В одной — утонувший гвоздь, в другой — плавает пустая жестяная банка из-под газировки.
2. Три исхода, которые решают всё (запомните навсегда)
Есть всего три варианта, что случится с любым предметом в воде.
Больше вариантов нет. Физика — жесткая.
✅ Вариант 1. Тело плавает на поверхности
Когда так бывает:
Средняя плотность тела меньше плотности воды.
🟢 Примеры:
- дерево
- пенопласт
- пустая пластиковая бутылка
- жир (масло)
- корабль
🟡 Вариант 2. Тело висит внутри (как подводная лодка)
Когда так бывает:
Средняя плотность тела равна плотности воды.
🟡 Примеры:
- подводная лодка в позиции «точного равновесия»
- рыба (она меняет свою плотность плавательным пузырем)
- яйцо в соленой воде (если угадать с солью)
❌ Вариант 3. Тело тонет
Когда так бывает:
Средняя плотность тела больше плотности воды.
🔴 Примеры:
- камень
- гвоздь
- ложка
- телефон в кармане джинсов
- любое сплошное железо
📌 Главная мысль, которую я прогулял в школе:
Не имеет значения, из чего сделан предмет. Имеет значение — сколько воздуха внутри него.
3. Корабль — это не кусок металла. Это пустота в металлической оболочке
Вот главный секрет, который я наконец-то понял.
Гвоздь — это сплошной металл.
- В нем нет пустот.
- Весь его объем занят железом.
- Плотность железа — 7,8 г/см³.
- Плотность воды — 1 г/см³.
- Железо тяжелее воды в 7,8 раза → гвоздь тонет.
📸 ФОТО: Гвоздь под микроскопом (или просто крупно) — никаких дырок, сплошной металл.
Корабль — это металлический корпус, наполненный воздухом.
- Воздух внутри занимает огромный объем.
- Плотность воздуха — 0,001 г/см³ (почти ноль).
- Средняя плотность корабля = (вес металла + вес воздуха) / (объем корпуса).
- Воздух настолько легкий, что общая плотность корабля становится меньше 1 г/см³.
Итог: корабль плавает. Даже с грузом, даже с пушками, даже с бассейном на палубе.
📸 ФОТО: Схема поперечного сечения корабля — толстая обшивка, внутри пустота (можно нарисовать от руки).
4. Эксперимент, который всё объясняет (повторите с детьми)
Что вам понадобится:
- кусок пищевой фольги
- миска с водой
- 10–20 монеток
📸 ФОТО: Всё это лежит на столе.
Опыт 1. Сплошной металл
Скатайте из фольги плотный шарик. Без пустот, как гвоздь.
Бросьте в воду.
🔴 Результат: шарик тонет. Его плотность выше, чем у воды.
Опыт 2. Пустота внутри
Возьмите такой же кусок фольги. Сделайте из него кораблик — с бортиками, с воздухом внутри.
Осторожно опустите на воду.
✅ Результат: кораблик плавает. Плотность корабля = (вес фольги + вес воздуха) / большой объем. Воздух легкий, объем большой — плотность меньше воды.
Опыт 3. Груз
Начинайте класть в кораблик монетки.
Он будет погружаться глубже. Вытеснять больше воды. Бороться за жизнь.
В какой-то момент вода перехлестнет через борта — корабль утонет.
📸 ФОТО: Три кадра: кораблик пустой, кораблик с монетками, кораблик на дне.
Это называется «предел грузоподъемности». У настоящих кораблей — то же самое.
5. А если не сплющивать, а расплющить?
С тем же куском фольги можно сделать еще одну штуку.
Расплющите шарик в тонкий лист.
Попробуйте положить его на воду плашмя.
🟡 Результат: он может некоторое время держаться. Но это не плавание. Это поверхностное натяжение — вода держит легкий предмет, как пленка.
Чуть качнете — лист утонет. Потому что его средняя плотность (вес деленный на объем) все равно выше воды. Он просто слишком тонкий, чтобы сразу прорвать пленку.
6. Почему подводная лодка не всплывает и не тонет? (Ликбез)
Подводная лодка — это корабль, который умеет менять свою среднюю плотность.
Как это работает:
- У лодки есть цистерны главного балласта.
- Когда лодка на поверхности — цистерны заполнены воздухом. Плотность маленькая → плавает.
- Чтобы нырнуть — открывают клапаны, вода заходит внутрь. Воздух вытесняется. Лодка становится тяжелее, плотность растет.
- Когда плотность сравняется с плотностью воды — лодка «висит» на глубине.
- Чтобы всплыть — сжатым воздухом выдувают воду обратно.
📸 ФОТО: Схема подводной лодки — цистерны по бокам, стрелки: вода входит / воздух выходит.
Гениально: лодка не борется с Архимедом. Она договаривается с ним.
7. А в соленой воде плавать легче? (Спойлер: да, и вот почему)
Плотность соленой воды выше, чем пресной.
- Пресная вода: 1,00 г/см³
- Черное море: 1,01 г/см³
- Средиземное море: 1,025–1,03 г/см³
- Мертвое море: 1,24 г/см³ (там вообще утонуть нельзя)
Что это значит для корабля:
Чем выше плотность воды, тем сильнее выталкивающая сила.
Один и тот же корабль в море может взять больше груза, чем в реке.
Поэтому морские суда всегда сидят глубже, когда заходят в устья рек.
📸 ФОТО: Яйцо тонет в стакане с пресной водой, плавает в стакане с соленой водой (классика).
Для человека:
В Мертвом море можно лежать на воде и читать газету.
Утонуть там технически возможно, но надо очень постараться .
8. А что насчет формы? Она вообще важна?
Коротко: да, но не для того, чтобы не тонуть.
Форма корабля решает две другие задачи:
Задача 1. Не перевернуться (остойчивость)
Если корабль накренится, центр тяжести смещается.
Форма корпуса и расположение груза должны быть такими, чтобы сила тяжести и сила Архимеда создавали возвращающий момент .
Проще говоря: корабль должен хотеть вернуться в прямое положение, а не лечь на борт.
Задача 2. Сопротивление воды
Острая носовая часть, обтекаемые обводы — это про то, чтобы плыть быстрее и тратить меньше топлива.
Но если сделать корабль квадратным, он не утонет. Он просто будет еле ползти.
9. Итоговая шпаргалка: что отвечать, если ребенок спросит
Сохраняйте. Это займет 10 секунд.
✅ КОРОТКАЯ ВЕРСИЯ (для детей 5–8 лет)
- Гвоздь сплошной — в нем нет воздуха. Он тяжелый и тонет.
- Корабль пустой внутри. Воздух легкий, поэтому корабль легче воды.
- Пока внутри воздух — корабль плавает. Если вместо воздуха налить воду — утонет.
🔵 СРЕДНЯЯ ВЕРСИЯ (для школьников)
- На любое тело в воде действует сила Архимеда — она толкает вверх.
- Она равна весу воды, которую тело вытеснило.
- Если вес тела меньше веса вытесненной воды — тело плавает.
- Корабль вытесняет очень много воды, потому что он большой. Вес воды внутри его объема больше веса самого корабля.
🧠 ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ (для взрослых, которые хотят блеснуть)
- Условие плавания: средняя плотность тела < плотность жидкости.
- Сплошной гвоздь: плотность ≈ 7,8 г/см³ → тонет.
- Корабль: стальной корпус + огромный объем воздуха внутри → средняя плотность < 1 г/см³ → плавает.
- Подводная лодка регулирует плотность, меняя балласт.
- Соленая вода плотнее пресной → выталкивающая сила больше → корабль может взять больше груза.
10. Мой вердикт
Я думал, что физика — это скучно и сложно.
А это оказалась история про хитрость и пустоту.
- Гвоздь честный. Он весь — железо. Поэтому он тонет.
- Корабль хитрый. Он пустой внутри. Поэтому он плавает.
Что я понял:
- Мы живем в мире, где главное — не вес, а плотность.
- Огромное может плавать, а маленькое — тонуть.
- Воздух — лучший друг инженера.
- Если вы до сих пор не понимали, почему корабли не тонут — вы не глупый. Вам просто никто не объяснил на пальцах.
Дочь теперь обзывает меня Архимедом, когда я лезу в ванну.
Я ношу это звание с гордостью.
А вы помните, как в школе проходили закон Архимеда? Вам объяснили его так, что стало понятно? Или тоже зубрили «выталкивающая сила равна весу вытесненной жидкости» и ничего не осознали? Напишите в комментариях — очень интересно почитать 👇