du tar en båt på vattnet, flyter ner Indian River i den varma solen. Men har du någonsin undrat hur den båten stannar på toppen av vattnet? Speciellt med tanke på all vikt det håller?
två tredjedelar av jorden är täckt med vatten. Världen skulle vara mäktig liten om vi hölls för att bara landa. Så hur är det att vi kan använda dessa tunga hantverk för att flyta ovanpå vattnet? Låt oss börja med grunderna.
Vad är en båt?
en båt är ett fordon som kan flyta eller röra sig på en vattenkälla som ett hav, en flod eller en sjö. Den rör sig antingen genom sin egen kraft, vanligtvis med hjälp av en motor, eller genom att använda kraft från elementen som vind, vågor eller solen.
de flesta båtar rör sig delvis genom vattnet och delvis över vattnet. Vissa båtar kan lyfta upp och flytta på toppen av vattnet som svävare och bärplansbåtar. Andra rör sig helt under vattnet som ubåtar och nedsänkbara eller små ubåtar.
så vad är skillnaderna som tillåter dem att göra detta?
varför båtar flyter (eller inte)
alla båtar håller sig från att sjunka genom flytkraft, handlingen att flyta. En objektdensitet är det som tvingar den att antingen flyta eller sjunka. Tätheten hos ett objekt är hur mycket en viss volym av den väger. Om föremålet är tätare än vattnet det är i kommer det att sjunka. Om föremålet är mindre tätt än vattnet det är i, kommer det att flyta. Objektets storlek är irrelevant. Till exempel sjunker en guldring om du lägger den i vatten men en plastbit på storleken på ett fotbollsplan flyter. Grundregeln för flytkraft är att ett föremål sjunker om det väger mer än exakt samma volym vatten.
typer av flytkraft
det finns tre typer av flytkraft, positiv, negativ och neutral. Positiv flytkraft innebär att objektet kommer att flyta. Negativ flytkraft innebär att objektet sjunker. Och neutral flytkraft innebär att objektet kommer att flyta på mittdjup utan att flyta eller sjunka.
Tänk på en ubåt. En ubåt har ballasttankar som tar in vatten eller luft för att få den att stiga och falla efter behov. Om tankarna är helt fyllda med luft flyter den mot ytan eftersom tankarna väger mindre än lika mycket vatten. Om tankarna delvis är fyllda med luft kommer den att flyta på mittdjup utan att flyta eller sjunka. Om tankarna är helt fyllda med vatten sjunker ubåten till botten.
medan en ubåt är antingen på toppen av vattnet eller under vattnet, flyter de flesta båtar delvis och sjunker delvis enligt sin egen vikt och hur mycket vikt den bär. Ju större summan av dessa två vikter är desto lägre sitter den i vattnet. Båtar tål dock bara så mycket vikt innan de sjunker.
Archimedes princip
grekisk matematiker Archimedes är far till flytkraft. Han kom först med svaret på flytning någon gång under det tredje århundradet fvt. Legenden säger att han hade fått jobbet att ta reda på om en krona gjord för kungen var massivt guld eller en billig falsk delvis gjord av en blandning av guld och silver. Den mest populära versionen av legenden säger att Archimedes tog ett bad och märkte att vattennivån steg när han nedsänkte sig i badkaret. Han insåg då att om han tappade guldkronan i badkaret, skulle den trycka ut eller ”förskjuta” sin egen volym vatten på sidan effektivt vilket gav honom ett enkelt sätt att mäta volymen på ett komplext föremål.
han räknade ut att genom att väga kronan kunde han lätt räkna ut dess densitet och jämföra det med guldet. En objektdensitet är dess massa dividerad med dess volym. Om kronans densitet råkade vara lägre än guldet skulle kronan vara falsk.
senare kom Archimedes upp sin berömda fysiklag, som idag kallas Archimedes princip. Denna lag säger att när något vilar i vatten, det känns en uppåt, eller flytande, kraft lika att vikten av vattnet som den skjuter åt sidan, eller förskjuter. Om föremålet är helt nedsänkt i vatten, förlorar det effektivt sin vikt.
det är därför föremål verkar väga mindre under vatten än de gör när de är på torrt land. Ett exempel är om du tar en gummidyksten, en tegel som används för att träna med i en pool, kommer den att känna sig lättare under vatten än när den kommer till ytan. Du får hjälp av den flytande kraften under vatten.
nästa gång du är ute på en båt från 321 Boat Club och du undrar varför du kan flyta, kom bara ihåg begreppet flytkraft och Archimedes princip.