Vaikka suuret laivat ovat olleet yleisiä vuosisatojen ajan maailman merillä, ne voivat silti olla joillekin ihmisille mysteeri. Tällaisten mahtavien rakennelmien edessä yksi kysymys on edelleen: miksi laivat kelluvat?

Vastaus on yksinkertaisempi kuin miltä se näyttää, ja merimiehet ja insinöörit, jotka etsivät ratkaisuja merenkulun tutkimiseen, löysivät sen jo vuosisatoja sitten. Lyhyesti sanottuna siihen voidaan vastata kahden käsitteen avulla.

Ymmärrämme siis hieman enemmän tiheydestä ja Arkhimedeen periaatteesta, jotta epäilykset poistuvat.

Tiheys

Tiheys on jonkin aineen massan ja tilavuusyksikön suhteesta määritetty konfektio. Jotta jokin esine, esimerkiksi laiva, voisi kellua, sen massan on jakauduttava suureen tilavuuteen.

Tämä johtuu siitä, että mitä enemmän massaa on jakautunut, sitä vähemmän tiheä esine on. Toisin sanoen vastaus kysymykseen "miksi laivat kelluvat?" on yksinkertaisesti: koska niiden keskimääräinen tiheys on pienempi kuin veden tiheys.

Koska suuri osa aluksen sisätiloista koostuu ilmasta, se pystyy kellumaan, vaikka siinä olisi raskaita teräsyhdisteitä.

Sama periaate voidaan havaita, kun verrataan esimerkiksi naulaa ja styrox-levyä. Vaikka naula on kevyempi, se uppoaa, koska sen tiheys on suurempi kuin styrox-levyn tiheys.

Arkhimedeen periaate

Arkhimedes oli kreikkalainen matemaatikko, insinööri, fyysikko, keksijä ja tähtitieteilijä, joka eli 3. vuosisadalla eKr. Hän esitti tutkimustensa joukossa periaatteen, jota voidaan kuvata seuraavasti:

"Jokaiseen nesteeseen upotettuun kappaleeseen kohdistuu pystysuoraan ylöspäin suuntautuva voima (työntövoima), jonka voimakkuus on yhtä suuri kuin kappaleen syrjäyttämän nesteen paino."

Toisin sanoen aluksen paino, joka syrjäyttää vettä sen liikkeen aikana, aiheuttaa veden reaktiovoiman alusta vastaan. Tällöin vastaus kysymykseen "miksi laivat kelluvat?" olisi seuraavanlainen: koska vesi työntää alusta ylöspäin.

Esimerkiksi 1 000 tonnin laiva aiheuttaa rungossaan 1 000 tonnin vesivoimaa vastaavan voiman, joka varmistaa sen tukemisen.

Miksi laivat kelluvat myös kovilla vesillä?

Laiva on suunniteltu siten, että se kelluu aaltojen aiheuttamasta keinumisesta huolimatta, koska sen painopiste sijaitsee työntövoimakeskipisteen alapuolella, mikä takaa aluksen tasapainon.

Kun kappale kelluu, siihen kohdistuu näiden kahden voiman vaikutus. Kun nämä kaksi keskipistettä osuvat yhteen, tasapaino on yhdentekevä. Näissä tapauksissa kappale pysyy siis vain siinä asennossa, johon se alun perin asetettiin. Tällaiset tapaukset ovat kuitenkin yleisempiä täysin upoksissa olevien kappaleiden kohdalla.

Toisaalta, kun uppoaminen on osittaista, kuten laivoissa, kallistus aiheuttaa sen, että liikkuvan veden osan tilavuus muuttaa työntövoiman keskipistettä. Kelluvuus on taattu, kun tasapaino on vakaa, eli ne mahdollistavat kehon paluun alkuasentoon.

Lähteet : Azeheb, Brasilian koulu, EBC, Weg-museo

Kuvat : CPAQV, Kentucky Teacher, Maailman risteilyt, Brasilian koulu