Un vapor de oțel plutește pentru că forma corpului său dislocă o cantitate de apă care cântărește cât întreaga navă. Oțelul este de aproape opt ori mai dens decât apa, dar un vapor nu este un bloc plin de metal: carena închide un volum mare de aer. Media dintre metal, încărcătură și aer rămâne mai mică decât densitatea apei, iar nava stă la suprafață.
Ce spune principiul lui Arhimede?
Principiul lui Arhimede spune că un corp scufundat, total sau parțial, într-un lichid este împins în sus de o forță egală cu greutatea lichidului pe care îl dislocă. Această forță se numește forță arhimedică sau portanță hidrostatică și există în orice fluid, inclusiv în aer.
Comparația decide totul: dacă greutatea corpului este mai mare decât greutatea apei pe care o poate disloca atunci când este complet scufundat, corpul se duce la fund. Dacă este mai mică, se ridică până când partea aflată sub apă dislocă exact cât cântărește el.
Ce rol are densitatea în plutire?
Densitatea arată câtă masă încape într-un anumit volum și este scurtătura practică pentru a ști dacă un material plutește: tot ce este mai puțin dens decât lichidul rămâne la suprafață. Valorile de mai jos sunt orientative, pentru că lemnul sau corpul uman variază de la caz la caz.
| Material | Densitate aproximativă (kg/m³) | În apă dulce |
|---|---|---|
| Plută | 200–250 | Plutește, aproape toată deasupra apei |
| Lemn de pin uscat | 450–550 | Plutește, cam pe jumătate scufundat |
| Gheață | aproximativ 917 | Plutește, circa 90% sub apă |
| Apă dulce | 1.000 | Valoarea de referință |
| Apă de mare | aproximativ 1.025 | Susține puțin mai bine decât apa dulce |
| Aluminiu | aproximativ 2.700 | Se scufundă ca bloc plin |
| Oțel | aproximativ 7.850 | Se scufundă ca bloc plin |
Cum transformă forma navei oțelul într-un material care plutește?
Forma navei contează pentru că o carenă goală pe dinăuntru dislocă un volum de apă mult mai mare decât ar disloca același oțel turnat într-un lingou. O bilă de plastilină se scufundă, dar aceeași plastilină modelată ca o bărcuță cu pereți subțiri plutește și poate duce chiar câteva monede.
De aici vin și limitele: o navă încărcată coboară mai adânc în apă, pentru că trebuie să disloce mai multă apă ca să își echilibreze noua greutate. Pe bordul navelor comerciale sunt marcate linii de încărcare, care arată cât de mult are voie să se afunde carena în funcție de tipul apei și de anotimp. În apă dulce, mai puțin densă, aceeași navă stă vizibil mai jos decât în apa sărată.
De ce gheața plutește, deși este tot apă?
Gheața plutește pentru că, la înghețare, moleculele de apă se așază într-o rețea aerisită, care ocupă cu aproximativ 9% mai mult volum decât apa lichidă. Consecința practică este cunoscută: cea mai mare parte a unui aisberg se află sub apă, iar lacurile îngheață de la suprafață în jos, ceea ce permite vieții de pe fund să supraviețuiască iarna.
De ce corpul uman plutește mai ușor în apa sărată?
Corpul uman are o densitate apropiată de a apei, așa că diferențe mici decid dacă plutește sau nu. Plămânii plini cu aer reduc densitatea medie, de aceea o inspirație adâncă ajută la plutire, iar expirația face corpul să coboare. În apa de mare, mai densă, plutirea este mai ușoară, iar în lacurile foarte sărate un om stă la suprafață aproape fără efort.
Ușurința plutirii nu înlocuiește însă învățarea înotului și nici supravegherea copiilor în apropierea apei, indiferent cât de sărată este.
Cum se poate verifica principiul lui Arhimede acasă?
Câteva experimente simple fac principiul vizibil și se potrivesc bine într-un colț de învățat amenajat pentru elev cu lucruri din casă:
- Oul în apă sărată: un ou crud se scufundă în apa de la robinet, dar urcă la suprafață după ce în pahar se dizolvă câteva linguri de sare.
- Plastilina în două forme: o bilă se duce la fund, aceeași cantitate modelată ca o bărcuță plutește.
- Nivelul apei: un obiect introdus într-un vas gradat ridică apa cu un volum egal cu partea lui scufundată.
- Cubul de gheață: un cub pus într-un pahar plin ochi nu face apa să dea pe dinafară când se topește.
Experimentul repetat și explicat cu propriile cuvinte se fixează mult mai bine decât formula memorată, observație valabilă și pentru studenții care învață ore întregi și rețin puțin. Curiozitatea pentru astfel de explicații ține și de felul în care se construiește cultura generală, pas cu pas, fără grabă.
