چرا کشتی روی آب می‌ماند؟

راهنمایی کوتاه: کشتی غرق نمی‌شود، چون بدنهٔ توخالی‌اش باعث می‌شود چگالی میانگین آن از چگالی آب کمتر باشد.

گام‌به‌گام:

• ۱) روی هر جسم داخل آب دو نیرو اثر می‌کند: وزن که آن را به پایین می‌کشد و نیروی شناوری آب که آن را به بالا می‌راند.
• ۲) چگالی یعنی جرم هر واحد حجم: $\rho =\frac{m}{V}$ هر جسمی که چگالی‌اش از آب (حدود ۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب) کمتر باشد، راحت‌تر شنا می‌کند.
• ۳) طبق اصل ارشمیدس، آب به جسمی که در آن فرو می‌رود نیرویی به بالا وارد می‌کند برابر با وزن آبی که جابه‌جا شده است.
• ۴) بدنهٔ کشتی بسیار بزرگ و توخالی است؛ بیشتر حجم آن را هوا پر کرده، پس چگالی میانگین (آهن + هوا) کم می‌شود.
• ۵) وقتی بار کشتی بیشتر شود، کمی بیشتر فرو می‌رود تا آب بیشتری جابه‌جا کند و نیروی شناوری بزرگ‌تر شود.
• ۶) زمانی که نیروی شناوری با وزن کشتی برابر شود، کشتی در حالت تعادل روی آب می‌ماند.

پاسخ نهایی: کشتی به خاطر شکل توخالی‌اش چگالی میانگین کمتری از آب دارد و نیروی شناوری آب، که با وزن آب جابه‌جاشده برابر است، وزن کشتی را متعادل می‌کند؛ به همین دلیل روی آب می‌ماند.

مثال مشابه: یک ورق فویل آلومینیومی را به شکل قایق تا کن، شنا می‌کند؛ همان ورق را به شکل گلولهٔ فشرده درآور، غرق می‌شود. جرم در هر دو حالت یکی است، ولی حجم و شکل تغییر کرده و چگالی میانگین فرق کرده است.

اگر می‌خواهی بیشتر یاد بگیری: آزمایش تخم‌مرغ در آب شیرین و آب شور را امتحان کن؛ در آب شور که چگالی بیشتری دارد تخم‌مرغ شنا می‌کند. دربارهٔ زیردریایی و مخزن‌های آب آن هم تحقیق کن که چطور بالا و پایین می‌رود.

یادآوری ایمنی: آزمایش‌های آبی را روی سطح ثابت و زیر نظر یک بزرگ‌تر انجام بده و از کنار آب عمیق دور بمان.