ПОЧЕМУ НЕ ТОНЕТ ЖЕЛЕЗНЫЙ ПАРОХОД?

Существует легенда об индейце, который рассказал вождю племени о том, что видел «железные пироги бледнолицых», плывущие по реке. Вождь молча выслушал его, вынул нож и бросил в ручей. Несчастному отрезали язык.

Сейчас никто уже не сомневается в существовании стальных кораблей, но до сих пор найдется немного людей, которые коротко и внятно смогут ответить на вопрос:

Почему железный нож тонет, а железный пароход – нет?

Закон Архимеда, известный всем со школьной скамьи, гласит: «На тело, погруженное в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (или газа) в объёме тела». Но вот в чем загвоздка: знают все (ну или почти все), но не все понимают, о чем речь. Большинство людей, с которыми я говорил об этом, считают, что корабль, идущий по морю, «погружен в жидкость». В этом заключается первая ошибка. Дело в том, что в воду погружен НЕ ВЕСЬ корабль, но лишь его «подводная часть». И вторая ошибка в том, что масса вытесненной воды численно равна не массе подводной части судна, но её объёму. Исключив обе ошибки, всё становится на свои места, что я и проиллюстрирую на практическом примере:

VLCC «Nordmillennium» (ну очень большой танкер!), водоизмещение (полная масса судна со снабжением и грузом) – 350793 тонны, длина по WL – 322,4 метра, ширина по WL – 58 метров, осадка в полном грузу – 22,6 метра, коэффициент общей полноты (характеризует форму подводной части корпуса судна) – 0,81.
Более полную информацию по этому судну Вы сможете найти здесь.





Используя несложную алгебраическую операцию, называемую умножением, получим объём подводной части, равный 342308 куб. метрам. Такой объём вытеснит 350865 тонн воды (морская вода тяжелее пресной). Таким образом, мы выяснили, что судно массой 350793 тонны будет поддерживать на поверхности воды «сила», равная его водоизмещению. То есть, мы с Вами только что доказали, что великий грек не зря бегал нагишом по улицам Сиракуз. И, по-моему, весьма убедительно!

Если же отвлечься от рассмотрения основного закона гидростатики, можно взглянуть на вопрос под несколько другим углом. Известно, что плотность воды равна 1000 кг/куб. м. (морская вода, 1025 кг/куб. м.). Любое вещество, плотность которого меньше плотности воды (дерево, 600 кг/куб. м.) будет плавать, а плотность которого больше (сталь, 7000 кг/куб. м.) – утонет. Но из какого бы материала не был построен корабль, на какой бы груз не был рассчитан, большую часть его объёма занимает субстанция весьма эфемерная – воздух. И если вычислить среднюю плотность всех материалов, из которых сделано судно и плотность его груза, то окажется, что она меньше плотности воды. Рассмотрим наш пример:

Полная вместимость VLCC «Nordmillennium» составляет 157093 регистровые тонны. Несмотря на название, регистровая тонна не является мерой веса – это мера объема, равная 2,83 куб. м. Полный объем судна – 444573 куб. м. Разделив его водоизмещение на объем, получим среднюю плотность судна – 789 кг/куб. м. Теперь совершенно ясно, почему «железный пароход» не тонет – его плотность меньше плотности нефти, которую он перевозит.

Так что, когда Вам кто-нибудь задаст вопрос, вынесенный в заглавие этой статьи, отвечайте коротко и ясно:

Потому что средняя плотность судна меньше плотности воды.