Чому не тонуть човни і кораблі?
Якщо ви побудуєте дерев'яний пліт, то зможете плисти на ньому. Якщо ж ви побудуєте пліт із заліза або якого-небудь іншого металу, то він піде на дно. Причина того, що дерев'яний пліт не тоне, а залізний тоне, криється в різній щільності дерева і заліза.
Дерево менш щільний матеріал, ніж вода, тому що виштовхує сила води більше сили тяжіння, що діє на дерев'яний пліт (або більше його ваги). Залізо щільніше води, і її виштовхуюча сила не здатна подолати вага залізного плоту.
У колишні часи кораблі та човни будували в основному з дерева. Зараз же вони переважно зроблені з металів. У чому ж річ? Чому кораблі не тонуть? Може бути всередині корабля багато дерева, і воно «перемагає» залізо?
Звичайно, якщо взяти велику дошку і обшити її зверху тонким листом металу, то вся конструкція не потоне. Адже її середня щільність виявиться менше щільності води. Якщо, наприклад, щільність дерева дорівнює 600 кг / м 3. і дошка має масу 100 кг, а залізна обшивка має щільність 7800 кг / м 3 і масу 10 кг. Те загальна маса складе 120 кг, а загальний обсяг 100/600 + 10/7800 ≈ 0,1667 + 0,0013 = 0,168 (м 3). Звідси знаходимо середню щільність конструкції 120 / 0,168 ≈ 714 (кг / м 3). Це менше щільності води (1000 кг / м 3), значить, конструкція буде плавати.
Однак, насправді все ще простіше. Навіщо обшивати дерево? Можна просто залишити всередині порожню порожнину і зробити так, щоб туди не потрапляла вода. Точніше не порожню, а заповнену повітрям. Щільність повітря всього 1,29 кг / м 3.
Саме тому кораблі, зроблені з металів, плавають. Усередині них існують великі порожнини, заповнені повітрям. В результаті цього середня щільність корабля менше щільності води, і що виштовхує сила утримує корабель на плаву.
Якщо в порожнині корабля потрапить вода, то він звичайно ж потоне. Щоб можливість затоплення звести на мінімум, в підводної частини корабля будують перегородки. В результаті виходять відсіки, в яких вода з одного не може потрапити в інший. Якщо корабель отримає пробоїну, то затопить тільки відсік в місці пробоїни. Решта залишаться заповненими повітрям і будуть утримувати корабель на плаву.
У будь-якому випадку корабель має вагу. Ця вага дорівнює вазі води, обсяг якої корабель «займає» собою в море.
Як відомо, кораблі плавають не просто так, а перевозять різні вантажі і людей. Порожній корабель важить менше, а значить менше буде «осаджувати» в море. Якщо його навантажити, то корабель осяде в воду глибше. При надмірному навантаженні, корабель може взагалі піти під воду і потонути.
Тому на корпусі судів відзначають спеціальну лінію (ватерлінію). Судно не повинно занурюватися в воду так, щоб ця лінія виявилася під водою. Інакше будь-яка сильна хвиля, плеснув воду на корму, може легко затопити корабель.
З іншого боку, пусте судно не повинно бути занадто легким. Інакше його підводна частина буде дуже маленькою по відношенню до надводної. В такому випадку хвилі і вітер можуть перекинути корабель.
Корабель, завантажений по ватерлінію, витісняє найбільший обсяг води. Вага цієї води називається водотоннажністю конкретного судна. Вантажопідйомність судна - це різниця між водотоннажністю і вагою порожнього судна; або, простіше кажучи, різниця між завантаженим кораблем, коли він має осадку по ватерлінію, і вагою судна без вантажу.