Фізика — це весело. Чому цвяхи тонуть в океані, а величезні металеві кораблі плавають

У той час як увага вчених зосереджена на загадках Всесвіту і розв'язанні кліматичної кризи, люди насправді прагнуть отримати відповіді на набагато простіші, але кумедні запитання. Наприклад, у групі "Фізика — це весело" один користувач зацікавився питанням про те, чому цвях тоне у воді, а залізний корабель пливе, пише IFLScience.

Дослідники відірвалися від загадок Всесвіту, щоб відповісти на це запитання. Для розуміння причин варто трохи згадати про щільність і плавучість. Плавучість — спрямована вгору сила рідини, що діє на всі тіла всередині неї. Вона виникає через те, що тиск усередині рідини тим більший, чим глибше ви в неї занурюєтеся.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Тиск внизу об'єкта всередині рідини вищий, ніж угорі, що й спричиняє висхідну силу. Згідно з принципом Архімеда, на тіло, занурене повністю або частково в рідину, діє виштовхувальна сила, а її величина дорівнює вазі рідини, яку воно витісняє. Якщо виштовхувальна сила більша за низхідну силу об'єкта, поміщеного в неї, об'єкт плаватиме. Водночас щільніші за воду об'єкти тонутимуть, поки їхні сили не зрівняються.

Що щодо кораблів? Сталь щільніша за воду, а вантажні судна завантажені сотнями тисяч тонн вантажу — чи означає це, що вони мають тонути? Як ми бачимо, це не так.

Твердий сталевий предмет безумовно потонув би, але кораблі не складаються лише з твердої сталі, вони також наповнені всілякими іншими матеріалами, зокрема й повітрям, що утримує їх на плаву. Середня густина корабля, включно з повітрям усередині нього, нижча за густину води, тому висхідна сила більша, ніж та, що притягує його до дна океану, і тому човен пливе.

Простими словами, якщо у воду помістити корабель вагою 100 000 тонн, він тонутиме, поки не витіснить 100 000 тонн води. Якщо додатково завантажити корабель предметами, щільнішими за воду, він продовжить занурюватися у воду, поки не витіснить нову додаткову вагу.

Водночас якщо продовжити витісняти повітря, що утримує вас на плаву, то зрештою човен затоне та опуститься на морське дно, як і цвях.

Раніше Фокус писав про те, що вченим вдалося дослідити 600-річний середньовічний торговий корабель.