kuljet veneellä veden varassa, kelluen intiaanijokea pitkin lämpimässä auringossa. Mutta oletko koskaan miettinyt, miten vene pysyy veden päällä? Varsinkin kun ottaa huomioon sen painon?
kaksi kolmasosaa maapallosta on veden peitossa. Maailma olisi hyvin pieni, jos meillä olisi vain maata. Miten voimme käyttää raskaita käsitöitä veden päällä kellumiseen? Aloitetaan perusasioista.
mikä on vene?
vene on kulkuneuvo, joka voi kellua tai liikkua vesistössä, kuten meressä, joessa tai järvessä. Se liikkuu joko omalla voimallaan, yleensä moottorilla, tai käyttämällä voimaa alkuaineista, kuten tuulesta, aalloista tai auringosta.
useimmat veneet liikkuvat osittain veden läpi ja osittain vedenpinnan yläpuolella. Jotkut veneet pystyvät nostamaan ja liikkumaan veden päällä kuten ilmatyynyalukset ja kantosiipialukset. Toiset liikkuvat kokonaan veden alla kuin sukellusveneet ja sukellusveneet eli pienoissukellusveneet.
mitkä ovat ne erot, jotka mahdollistavat tämän?
miksi veneet kelluvat (tai eivät)
kaikki veneet estävät uppoamisen kelluvuudella, kelluvuudella. Esineiden tiheys on se, mikä pakottaa sen joko kellumaan tai uppoamaan. Kappaleen tiheys on se, kuinka paljon tietty tilavuus sitä painaa. Jos kappale on tiheämpää kuin vesi, jossa se on, se uppoaa. Jos kappale on vähemmän tiheä kuin vesi, jossa se on, se kelluu. Esineen koolla ei ole merkitystä. Esimerkiksi kultasormus uppoaa, jos sen laittaa veteen, mutta jalkapallokentän kokoinen muovinpala kelluu. Kelluvuuden perussääntö on, että esine uppoaa, jos se painaa enemmän kuin täsmälleen saman vesimäärän.
Kelluvuustyyppejä
kelluvuustyyppejä on kolme: positiivinen, negatiivinen ja neutraali. Positiivinen kelluvuus tarkoittaa, että esine kelluu. Negatiivinen kelluvuus tarkoittaa, että esine uppoaa. Neutraalilla kelluvuudella tarkoitetaan sitä, että kappale kelluu keskisyvyydessä ilman kellumista tai uppoamista.
ajattele sukellusvenettä. Sukellusveneessä on painolastitankkeja, jotka ottavat vettä tai ilmaa, jotta se nousee ja laskee tarpeen mukaan. Jos säiliöt täytetään kokonaan ilmalla, se kelluu pintaa kohti, koska säiliöt painavat vähemmän kuin yhtä suuri vesimäärä. Jos säiliöt ovat osittain täynnä ilmaa, se kelluu keskisyvyydessä kellumatta tai uppoamatta. Jos säiliöt täyttyvät kokonaan vedellä, sukellusvene vajoaa pohjaan.
kun sukellusvene on joko veden päällä tai veden alla, useimmat veneet osittain kelluvat ja osittain uppoavat oman painonsa ja sen kantaman painon mukaan. Mitä suurempi näiden kahden painon yhteissumma on, sitä matalammalla se istuu vedessä. Veneet kestävät kuitenkin vain tietyn määrän painoa ennen uppoamista.
Arkhimedeen periaate
kreikkalainen matemaatikko Arkhimedes on kelluvuuden isä. Ensimmäisen kerran hän keksi vastauksen kellumiseen jonkin aikaa 200-luvulla eaa. Legendan mukaan hän oli saanut tehtäväkseen selvittää, oliko kuninkaalle tehty kruunu puhdasta kultaa vai halpa väärennös, joka oli tehty osittain kullan ja hopean sekoituksesta. Legendan suosituimman version mukaan Arkhimedes oli kylvyssä ja huomasi vedenpinnan nousevan upottautuessaan ammeeseen. Sitten hän tajusi, että jos hän pudottaisi kultaisen kruunun kylpyammeeseen, se työntäisi ulos tai ”syrjäyttäisi” Oman vesitilavuutensa sivusta tehokkaasti antaen hänelle helpon tavan mitata monimutkaisen esineen tilavuus.
hän keksi, että punnitsemalla kruunun hän voisi helposti selvittää sen tiheyden ja verrata sitä kultaan. Kappaletiheys on sen massa jaettuna sen tilavuudella. Jos kruunun tiheys sattuisi olemaan pienempi kuin kullan, kruunu olisi väärennös.
myöhemmin Arkhimedes esitti kuuluisan fysiikan lakinsa, joka nykyään tunnetaan Arkhimedeen periaatteena. Tämä laki sanoo, että kun jokin lepää vedessä, se tuntee ylöspäin eli kelluvan voiman, joka on yhtä suuri kuin sen veden paino, jonka se työntää syrjään eli syrjäyttää. Jos esine on kokonaan veden alla, se menettää tehokkaasti painoaan.
tämän vuoksi esineet näyttävät painavan vähemmän veden alla kuin kuivalla maalla. Esimerkiksi, jos otat kuminen sukellus tiili, tiili käytetään harjoitella altaassa, se tuntuu kevyempää veden alla kuin se on tuotu pintaan. Saat apua veden alta kelluvalta voimalta.
seuraavan kerran kun olet veneilemässä 321 Boat Clubin veneellä ja ihmettelet, miksi pystyt kellumaan, muista vain kelluvuuden käsite ja Arkhimedeen periaate.