Sie fahren mit einem Boot auf dem Wasser und treiben in der warmen Sonne den Indian River hinunter. Aber haben Sie sich jemals gefragt, wie das Boot oben auf dem Wasser bleibt? Vor allem angesichts des ganzen Gewichts, das es hält?
Zwei Drittel der Erde sind mit Wasser bedeckt. Die Welt wäre mächtig klein, wenn wir nur an Land gehalten würden. Wie kommt es also, dass wir diese schweren Boote benutzen können, um auf dem Wasser zu schwimmen? Beginnen wir mit den Grundlagen.
Was ist ein Boot?
Ein Boot ist ein Fahrzeug, das auf einem Gewässer wie einem Ozean, Fluss oder See schwimmen oder sich bewegen kann. Es bewegt sich entweder durch seine eigene Kraft, normalerweise mit einem Motor, oder durch die Kraft der Elemente wie Wind, Wellen oder der Sonne.
Die meisten Boote bewegen sich teilweise durch das Wasser und teilweise über dem Wasser. Einige Boote sind in der Lage, wie Hovercrafts und Tragflächenboote auf dem Wasser zu heben und sich zu bewegen. Andere bewegen sich vollständig unter Wasser wie U-Boote und Tauchboote oder kleine U-Boote.
Was sind also die Unterschiede, die es ihnen ermöglichen, dies zu tun?
Warum Boote schwimmen (oder nicht)
Alle Boote sinken nicht durch Auftrieb, den Akt des Schwimmens. Die Dichte eines Objekts zwingt es, entweder zu schweben oder zu sinken. Die Dichte eines Objekts ist, wie viel ein bestimmtes Volumen davon wiegt. Wenn das Objekt dichter ist als das Wasser, in dem es sich befindet, sinkt es. Wenn das Objekt weniger dicht ist als das Wasser, in dem es sich befindet, schwimmt es. Die Größe des Objekts ist irrelevant. Zum Beispiel sinkt ein goldener Ring, wenn Sie ihn in Wasser legen, aber ein Stück Plastik von der Größe eines Fußballfeldes schwimmt. Die Grundregel des Auftriebs lautet, dass ein Objekt sinkt, wenn es mehr als genau das gleiche Wasservolumen wiegt.
Arten von Auftrieb
Es gibt drei Arten von Auftrieb, positiv, negativ und neutral. Positiver Auftrieb bedeutet, dass das Objekt schwimmt. Negativer Auftrieb bedeutet, dass das Objekt sinkt. Und neutraler Auftrieb bedeutet, dass das Objekt in einer mittleren Tiefe schwimmt, ohne zu schweben oder zu sinken.
Denken Sie an ein U-Boot. Ein U-Boot hat Ballasttanks, die Wasser oder Luft aufnehmen, um es nach Bedarf steigen und fallen zu lassen. Wenn die Tanks vollständig mit Luft gefüllt sind, schwimmt sie zur Oberfläche, da die Tanks weniger wiegen als das gleiche Wasservolumen. Wenn die Tanks teilweise mit Luft gefüllt sind, schwimmt sie in mittlerer Tiefe, ohne zu schweben oder zu sinken. Wenn die Tanks vollständig mit Wasser gefüllt sind, sinkt das U-Boot zu Boden.
Während sich ein U-Boot entweder auf dem Wasser oder unter Wasser befindet, schwimmen und sinken die meisten Boote teilweise entsprechend ihrem eigenen Gewicht und dem Gewicht, das es trägt. Je größer die Summe dieser beiden Gewichte ist, desto tiefer sitzt es im Wasser. Boote können jedoch nur so viel Gewicht aushalten, bevor sie sinken.
Archimedisches Prinzip
Der griechische Mathematiker Archimedes ist der Vater des Auftriebs. Er kam zum ersten Mal mit der Antwort auf Flotation einige Zeit im dritten Jahrhundert vor Christus. Die Legende besagt, dass er den Auftrag erhalten hatte, herauszufinden, ob eine Krone für den König aus massivem Gold oder eine billige Fälschung teilweise aus einer Mischung aus Gold und Silber. Die populärste Version der Legende besagt, dass Archimedes ein Bad nahm und bemerkte, dass der Wasserstand stieg, als er in die Wanne eintauchte. Dann erkannte er, dass, wenn er die Goldkrone in die Badewanne fallen ließ, sie sein eigenes Wasservolumen von der Seite verdrängen oder „verdrängen“ würde, was ihm eine einfache Möglichkeit gab, das Volumen eines komplexen Objekts zu messen.
Er fand heraus, dass er durch Wiegen der Krone leicht ihre Dichte berechnen und mit dem Gold vergleichen konnte. Die Dichte eines Objekts ist seine Masse geteilt durch sein Volumen. Wenn die Dichte der Krone niedriger als das Gold wäre, wäre die Krone gefälscht.
Später entwickelte Archimedes sein berühmtes Gesetz der Physik, das heute als Archimedes-Prinzip bekannt ist. Dieses Gesetz besagt, dass, wenn etwas im Wasser ruht, es eine aufwärts gerichtete oder schwimmende Kraft empfindet, die dem Gewicht des Wassers entspricht, das es beiseite schiebt oder verdrängt. Wenn das Objekt vollständig in Wasser eingetaucht ist, verliert es effektiv sein Gewicht.
Deshalb scheinen Objekte unter Wasser weniger zu wiegen als an Land. Ein Beispiel ist, wenn Sie einen Gummi-Tauchstein nehmen, einen Ziegelstein, mit dem Sie in einem Pool trainieren, er fühlt sich unter Wasser leichter an als wenn er an die Oberfläche gebracht wird. Sie bekommen Hilfe von der Auftriebskraft unter Wasser.
Wenn Sie das nächste Mal auf einem Boot des 321 Boat Club unterwegs sind und sich fragen, warum Sie schwimmen können, denken Sie nur an das Konzept des Auftriebs und das Archimedes-Prinzip.