Почему огромные корабли не тонут?

Огромный круизный лайнер рядом с маленьким металлическим болтом показывает, почему даже самые тяжелые корабли могут оставаться на поверхности воды. Изображение создано с помощью ИИ.

Современные круизные лайнеры весят сотни тысяч тонн. Некоторые танкеры длиннее трех футбольных полей. Кажется невероятным, что такая масса вообще может держаться на воде.

Тем более если рядом бросить в море маленький металлический болт - он сразу пойдет ко дну.

Почему так происходит?

Короткий ответ

Большие корабли не тонут не потому, что они легче воды.

Они держатся на плаву, потому что вытесняют огромное количество воды.

Пока вес вытесненной воды равен весу корабля, он остается на поверхности.

Но ведь корабль сделан из стали?

Это правда. Сталь тяжелее воды почти в восемь раз. Если бросить в воду стальную пластину или якорь, они утонут.

Но корабль - это не сплошной кусок металла. Внутри него находится огромное количество воздуха. Именно поэтому средняя плотность всего корабля оказывается меньше плотности воды.

Сравнение показывает, что стальной болт тонет, а полый корпус корабля с заполненными воздухом отсеками остается на поверхности воды. Изображение создано с помощью ИИ.

Как работает сила Архимеда?

Когда корабль опускается в воду, он занимает определенный объем. Вода как бы освобождает для него место. При этом вытесненная вода начинает действовать на корпус снизу вверх.

Эта выталкивающая сила называется силой Архимеда.

Чем глубже корабль погружается, тем больше воды он вытесняет. Когда вес вытесненной воды становится равен весу корабля, устанавливается равновесие.

Схема показывает, как сила тяжести тянет корабль вниз, а сила Архимеда выталкивает его вверх благодаря объему вытесненной воды. Изображение создано с помощью ИИ.

Почему танкер не тонет, даже когда полностью загружен?

Пустой танкер сидит в воде довольно высоко. Когда его загружают нефтью или другим грузом, он становится тяжелее. Из-за этого корпус погружается глубже.

Но вместе с этим увеличивается и объем вытесняемой воды. Пока корпус способен вытеснить достаточно воды, корабль продолжает плавать.

Именно поэтому у судов есть специальная ватерлиния - отметка максимального безопасного погружения.

Почему маленький болт тонет, а лайнер нет? — минималистичное сравнение болта и лайнера с подписью «объем вытесненной воды».

Почему маленький болт тонет, а огромный лайнер нет?

Все дело в форме. Болт занимает очень маленький объем. Он почти не вытесняет воду. Поэтому силы Архимеда недостаточно.

Корпус корабля, наоборот, специально делают широким и полым. Он вытесняет тысячи тонн воды еще до того, как полностью погрузится.

Где используется тот же принцип? — карточки с подводной лодкой, спасательным жилетом, гидрометром, воздушным шаром и понтонным мостом.

А можно ли сделать корабль слишком тяжелым?

Да. Если загрузить судно выше допустимого уровня, корпус опустится слишком глубоко. В какой-то момент вода начнет попадать внутрь через палубы, люки или вентиляцию. Тогда корабль потеряет плавучесть.

Именно поэтому существует строгий контроль максимальной загрузки.

Где используется тот же принцип?

Принцип Архимеда встречается гораздо чаще, чем кажется.

Например:

• подводные лодки изменяют плавучесть, заполняя балластные цистерны водой;
• спасательные жилеты увеличивают объем человека и помогают удерживаться на поверхности;
• гидрометры определяют плотность жидкости по глубине погружения;
• воздушные шары поднимаются по похожему принципу, только вместо воды вытесняют воздух;
• понтоны и плавучие мосты удерживают огромные конструкции благодаря вытеснению воды.

Инфографика показывает, как один и тот же принцип плавучести используется в подводных лодках, спасательных жилетах, гидрометрах, воздушных шарах и понтонных мостах. Изображение создано с помощью ИИ.

Что стоит запомнить

Корабль плавает не потому, что сделан из особого металла. И не потому, что вода каким-то образом становится «крепче».

Все дело в том, что его форма позволяет вытеснить огромное количество воды.

Именно поэтому даже судно массой в сотни тысяч тонн может уверенно держаться на поверхности.

Принцип природы

Важно не только то, сколько весит объект, но и какой объем он занимает. Именно соотношение массы и объема определяет, будет он плавать или утонет.

А вы знали?

Самые большие современные контейнеровозы могут перевозить более 24 000 контейнеров, но при этом продолжают держаться на воде благодаря тому же закону Архимеда, который объясняет, почему плавает обычная деревянная лодка.