Πολλοί είναι αυτοί που θαυμάζουν τα τεράστια πλοία είτε είναι φορτηγά, είτε επιβατικά της γραμμής, είτε και τεράστια κρουαζιερόπλοια.
Ωστόσο λίγοι είναι αυτοί που καταλαβαίνουν πως τα πλοία, αν και είναι κατασκευασμένα από μέταλλο, επιπλέον στη θάλασσα ακόμα και αν είναι φορτωμένα.
Το e-nautilia.gr δίνει την εξήγηση:
Για να κατανοήσουμε γιατί ένα πλοίο επιπλέει θα πρέπει πρώτα να πούμε δύο πράγματα για την αρχή του Αρχιμήδη, η οποία καθορίζει ότι: «Κάθε σώμα βυθισμένο σε ρευστό δέχεται άνωση ίση με το βάρος του ρευστού που εκτοπίζει.»
Για να κατανοήσουμε γιατί ένα πλοίο επιπλέει θα πρέπει πρώτα να πούμε δύο πράγματα για την αρχή του Αρχιμήδη, η οποία καθορίζει ότι: «Κάθε σώμα βυθισμένο σε ρευστό δέχεται άνωση ίση με το βάρος του ρευστού που εκτοπίζει.»
Μαθηματικά η Άνωση (Α) μπορεί να εκφρασθεί με τον τύπο: Α = ρ g V, όπου:
• ρ: πυκνότητα ρευστού
• g: επιτάχυνση βαρύτητας (9,81m/s^2)
• V: όγκος βυθισμένου σώματος
Το συμπέρασμα είναι ότι όταν το βάρος ενός σώματος είναι μεγαλύτερο από την άνωση που αυτό δέχεται τότε θα βυθιστεί, ενώ σε αντίθετη περίπτωση θα επιπλέει.
• ρ: πυκνότητα ρευστού
• g: επιτάχυνση βαρύτητας (9,81m/s^2)
• V: όγκος βυθισμένου σώματος
Το συμπέρασμα είναι ότι όταν το βάρος ενός σώματος είναι μεγαλύτερο από την άνωση που αυτό δέχεται τότε θα βυθιστεί, ενώ σε αντίθετη περίπτωση θα επιπλέει.
Η σημασία της πυκνότητας
Οι περισσότεροι γνωρίζουμε ότι αν ρίξουμε ένα ξύλο στη θάλασσα επιπλέει ενώ αν ρίξουμε ένα μεταλλικό αντικείμενο αυτό μοιραία θα βουλιάξει. Αυτό γίνεται λόγω της πυκνότητας των δύο αντικειμένων. Το ξύλο έχει μικρότερη πυκνότητα από το νερό, το μέταλλο όμως έχει μεγαλύτερη.
Σύμφωνα με όλα τα παραπάνω, για να επιπλεύσει λοιπόν ένα πλοίο καταλαβαίνουμε ότι η πυκνότητα του θα πρέπει να είναι μικρότερη από το νερό. Όταν το πλοίο επιπλέει στο νερό λέμε ότι έχει θετική πλευστότητα, όταν βυθίζεται αρνητική και όταν αιωρείται κάτω από την επιφάνεια του νερού ουδέτερη. Ουδέτερη πλευστότητα έχουν τα υποβρύχια σε κατάδυση.
Η συντριπτική πλειοψηφία των πλοίων στον κόσμο είναι κατασκευασμένα από μέταλλο οπότε γιατί δεν βουλιάζουν; Δεν βουλιάζουν διότι ένα πλοίο δεν είναι ένα συμπαγές μέταλλο. Ένα πλοίο έχει διάφορους χώρους στους οποίους υπάρχει μέσα αέρας. Η σημασία του αέρα στην περίπτωση αυτή είναι μεγάλη γιατί μειώνει την πυκνότητα του πλοίου. Για να το καταλάβουμε καλύτερα θα πρέπει να πούμε ότι η μέση πυκνότητα του πλοίου είναι ίση με τη συνολική μάζα του προς το συνολικό όγκο του. Όσο δηλαδή αυξάνουμε τον όγκο τόσο μειώνεται η πυκνότητα. Το ερώτημα που τίθεται από πολλούς είναι αν ο αέρας θα πρέπει να είναι εγκλωβισμένος κάπου, π.χ. σε ένα αμπάρι. Η απάντηση είναι όχι. Ακόμα και αν το άδειο αμπάρι ή οτιδήποτε άλλο είναι ανοικτό, το πλοίο θα επιπλεύσει.
Για να επιπλεύσει λοιπόν το πλοίο στην επιφάνεια του νερού, θα πρέπει αν είναι δυνατόν να εκτοπίσει βάρος υγρού ίσο με το βάρος του, δηλαδή όταν η πυκνότητα του πλοίου θα είναι μικρότερη από αυτή του νερού.
Οι περισσότεροι γνωρίζουμε ότι αν ρίξουμε ένα ξύλο στη θάλασσα επιπλέει ενώ αν ρίξουμε ένα μεταλλικό αντικείμενο αυτό μοιραία θα βουλιάξει. Αυτό γίνεται λόγω της πυκνότητας των δύο αντικειμένων. Το ξύλο έχει μικρότερη πυκνότητα από το νερό, το μέταλλο όμως έχει μεγαλύτερη.
Σύμφωνα με όλα τα παραπάνω, για να επιπλεύσει λοιπόν ένα πλοίο καταλαβαίνουμε ότι η πυκνότητα του θα πρέπει να είναι μικρότερη από το νερό. Όταν το πλοίο επιπλέει στο νερό λέμε ότι έχει θετική πλευστότητα, όταν βυθίζεται αρνητική και όταν αιωρείται κάτω από την επιφάνεια του νερού ουδέτερη. Ουδέτερη πλευστότητα έχουν τα υποβρύχια σε κατάδυση.
Η συντριπτική πλειοψηφία των πλοίων στον κόσμο είναι κατασκευασμένα από μέταλλο οπότε γιατί δεν βουλιάζουν; Δεν βουλιάζουν διότι ένα πλοίο δεν είναι ένα συμπαγές μέταλλο. Ένα πλοίο έχει διάφορους χώρους στους οποίους υπάρχει μέσα αέρας. Η σημασία του αέρα στην περίπτωση αυτή είναι μεγάλη γιατί μειώνει την πυκνότητα του πλοίου. Για να το καταλάβουμε καλύτερα θα πρέπει να πούμε ότι η μέση πυκνότητα του πλοίου είναι ίση με τη συνολική μάζα του προς το συνολικό όγκο του. Όσο δηλαδή αυξάνουμε τον όγκο τόσο μειώνεται η πυκνότητα. Το ερώτημα που τίθεται από πολλούς είναι αν ο αέρας θα πρέπει να είναι εγκλωβισμένος κάπου, π.χ. σε ένα αμπάρι. Η απάντηση είναι όχι. Ακόμα και αν το άδειο αμπάρι ή οτιδήποτε άλλο είναι ανοικτό, το πλοίο θα επιπλεύσει.
Για να επιπλεύσει λοιπόν το πλοίο στην επιφάνεια του νερού, θα πρέπει αν είναι δυνατόν να εκτοπίσει βάρος υγρού ίσο με το βάρος του, δηλαδή όταν η πυκνότητα του πλοίου θα είναι μικρότερη από αυτή του νερού.
Τι ισχύει όταν το πλοίο είναι φορτωμένο
Όταν σε ένα πλοίο που επιπλέει προσθέσουμε βάρος ( π.χ. όταν φορτώσουμε το πλοίο), έχουμε αυτομάτως την αύξηση της πυκνότητας του πλοίου, οπότε το πλοίο θα βυθιστεί περισσότερο στο νερό. Αν τα έξαλα* του πλοίου επιτρέψουν να πλεύσει σε μεγαλύτερο βύθισμα χωρίς να υπάρξει εισροή υδάτων στο πλοίο μέσα από ανοίγματα (ακομοδέσιο, εξαεριστικά κ.τ.λ.), τα οποία είναι πάνω από το κατάστρωμα στεγανής υποδιαιρέσεως, το πλοίο δεν θα βυθιστεί τελείως.
Καταλαβαίνουμε λοιπόν ότι o στεγανός χώρος του πλοίου ανάμεσα στην ίσαλο που πλέει και σ” εκείνη που θα δημιουργήσει εισροή νερού μέσα σ’ αυτό από ανοίγματα που βρίσκονται πάνω από το ανώτερο υδατοστεγανό κατάστρωμα, είναι ένα μέγεθος ενδεικτικό της δυνατότητάς του να παραμείνει στην επιφάνεια μετά από εσφαλμένη ή ηθελημένη προσθήκη βάρους . O όγκος αυτός ονομάζεται εφεδρική πλευστότητα, που στην ουσία βοηθάει το πλοίο να επιπλέει στο νερό.
Όταν σε ένα πλοίο που επιπλέει προσθέσουμε βάρος ( π.χ. όταν φορτώσουμε το πλοίο), έχουμε αυτομάτως την αύξηση της πυκνότητας του πλοίου, οπότε το πλοίο θα βυθιστεί περισσότερο στο νερό. Αν τα έξαλα* του πλοίου επιτρέψουν να πλεύσει σε μεγαλύτερο βύθισμα χωρίς να υπάρξει εισροή υδάτων στο πλοίο μέσα από ανοίγματα (ακομοδέσιο, εξαεριστικά κ.τ.λ.), τα οποία είναι πάνω από το κατάστρωμα στεγανής υποδιαιρέσεως, το πλοίο δεν θα βυθιστεί τελείως.
Καταλαβαίνουμε λοιπόν ότι o στεγανός χώρος του πλοίου ανάμεσα στην ίσαλο που πλέει και σ” εκείνη που θα δημιουργήσει εισροή νερού μέσα σ’ αυτό από ανοίγματα που βρίσκονται πάνω από το ανώτερο υδατοστεγανό κατάστρωμα, είναι ένα μέγεθος ενδεικτικό της δυνατότητάς του να παραμείνει στην επιφάνεια μετά από εσφαλμένη ή ηθελημένη προσθήκη βάρους . O όγκος αυτός ονομάζεται εφεδρική πλευστότητα, που στην ουσία βοηθάει το πλοίο να επιπλέει στο νερό.
Ακολουθείστε το iPaidia στο Google News