De ce plutește un vapor uriaș din metal de 100.000 de tone, dar un cui se scufundă. Explicația e mai simplă decât crezi

La prima vedere, pare de necrezut: un cui minuscul, dacă îl arunci într-un vas cu apă, se duce imediat la fund. În schimb, un vapor uriaș, de zeci sau chiar sute de mii de tone, din oțel masiv, plutește elegant pe suprafața oceanului. Nu e nicio magie în spatele acestui fenomen, ci pură fizică – iar explicația are totul de-a face cu două concepte-cheie: densitatea și forța de flotabilitate.

Cuiul se scufundă pentru că e dens

Într-o postare virală pe un grup de Facebook dedicat fizicii distractive, cineva a întrebat: „De ce se scufundă un cui, dar un vapor din fier plutește?” Răspunsul e simplu dacă ne amintim principiile învățate la școală – sau, în unele cazuri, dacă le redescoperim cu plăcere, scriu cei de la IFLScience.

Cuiul, fiind compact și fabricat dintr-un metal dens, are o masă mare raportată la volumul său. Asta înseamnă că forța gravitațională care acționează asupra lui este mai mare decât forța de împingere exercitată de apă – forța de flotabilitate. Ca urmare, cuiul se scufundă imediat.

Există și excepții, cum ar fi unele obiecte mici și foarte ușoare care pot fi susținute temporar de tensiunea superficială a apei, dar pentru simplitate, lăsăm acest detaliu deoparte.

Vapoarele plutesc pentru că sunt… goale pe dinăuntru

Paradoxal, tocmai faptul că vapoarele nu sunt compacte le permite să plutească. Deși oțelul este un material dens și greu, navele sunt construite în așa fel încât să includă o mulțime de spații goale, pline cu aer. Aceste spații reduc densitatea medie a navei, adică raportul dintre masa totală și volumul său.

Conform principiului lui Arhimede, un obiect scufundat într-un fluid este împins în sus cu o forță egală cu greutatea fluidului pe care îl deplasează. Așadar, o navă de 100.000 de tone va continua să se scufunde până când va deplasa 100.000 de tone de apă. Apoi se oprește. Dacă încarci vaporul cu mai multă greutate (marfă, containere etc.), el se va mai scufunda puțin, dar va continua să plutească atâta timp cât densitatea medie rămâne mai mică decât a apei.

Cu alte cuvinte, vapoarele plutesc pentru că au un volum foarte mare în raport cu masa lor efectivă, iar acest lucru permite apei să le susțină prin forța de flotabilitate.

Când devine periculos? Când dispare aerul

Totul merge bine până când începi să pierzi aerul care te menține la suprafață. Dacă o navă se umple cu apă – din cauza unei găuri în corpul său sau în urma unui accident – densitatea medie crește, iar forța de flotabilitate nu mai poate învinge greutatea totală. Atunci, nava se scufundă și ea, exact ca un cui.

Pe scurt, explicația pare contraintuitivă doar la prima vedere. Dar dacă înțelegi cum funcționează densitatea și principiul lui Arhimede, totul devine limpede: nu greutatea absolută contează, ci cum este distribuită masa în raport cu volumul.

Așadar, data viitoare când vezi un vapor uriaș plutind pe ocean, amintește-ți că ceea ce îl ține la suprafață nu este doar ingineria modernă, ci și o lege fizică veche de peste 2.000 de ani.