Закон Архимеда: почему стальной корабль не тонет, а гвоздь тонет?
Сталь тяжелее воды, но огромный корабль из стали плавает, а маленький гвоздь идёт ко дну. Как это объясняет закон Архимеда? В чём подвох?
2 ответа
Закон Архимеда: на тело в жидкости действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости.
Формула: F_арх = ρ·g·V, где ρ — плотность жидкости, g ≈ 9.8 м/с², V — объём погружённой части.
Тело плавает, если выталкивающая сила уравновешивает его вес. Плавает то, у чего средняя плотность меньше плотности воды (1000 кг/м³).
Теперь подвох с кораблём:
- Гвоздь — это сплошная сталь. Его средняя плотность ≈ 7800 кг/м³, намного больше воды. Он вытесняет мало воды, выталкивающая сила меньше веса — тонет.
- Корабль — это в основном пустота (воздух) внутри стального корпуса. Хоть стенки стальные, средняя плотность всего корабля (сталь + огромный объём воздуха) получается МЕНЬШЕ плотности воды. Он вытесняет очень много воды — её вес уравновешивает вес корабля.
Суть: дело не в материале, а в форме. Корпус позволяет вытеснить больше воды, чем весит сам корабль.
Проверка: скомкай лист фольги в плотный шарик — утонет. Сделай из того же листа лодочку — поплывёт. Тот же металл, разная форма, разный вытесненный объём.
Частая ошибка: сравнивать плотность материала, а не среднюю плотность всего тела вместе с полостями.
Коротко: плавучесть решает не вес и не материал сам по себе, а сколько воды тело вытесняет относительно своего веса. Корабль — это «пузырь» воздуха в стальной оболочке, он вытесняет тонны воды. Гвоздь вытесняет крошечный объём. Если корабль пробить и он наполнится водой — средняя плотность вырастет, и он утонет.