How Submarines Sink and Float

Zahra osservava un'enorme nave portacontainer scivolare attraverso la Baia di San Francisco. Il fenomeno della spinta di galleggiamento è in azione, mantenendo a galla questo gigante. Ma come? Sembra impossibile che qualcosa di così pesante possa galleggiare sull'acqua. Infatti, alcune navi portacontainer sono più lunghe dell'altezza dell'Empire State Building! Fatto: La spinta di galleggiamento di una nave portacontainer dipende dalla forma dello scafo e dal volume d'acqua che sposta. Questo principio permette a navi più lunghe dell'Empire State Building di galleggiare nonostante pesino centinaia di migliaia di tonnellate!

Tornata a casa a Noe Valley, Zahra stava facendo il bagno con il suo sottomarino giocattolo quando questo affondò sul fondo. Si chiese perché le navi massicce galleggiassero ma il suo piccolo giocattolo no. Chiese a suo padre, che stava leggendo un libro sul divano: "Papà, perché le grandi navi galleggiano, ma il mio sottomarino affonda?" chiese, perplessa. "È un'ottima domanda, Zahra!" rispose suo padre. "Tutto si riduce a qualcosa chiamato galleggiamento. Dovremo indagare." Curiosità: La luce impiega otto minuti e venti secondi per viaggiare dal Sole alla Terra. Forse è per questo che sembra che l'acqua del bagno impieghi un'eternità a raffreddarsi!

Il papà di Zahra tirò fuori un quaderno e disse: "Vediamo cosa ha scoperto Archimede tanto tempo fa". Aprì il libro a una pagina su Archimede e disse: "'Eureka!', come Archimede gridò famosamente quando scoprì il principio di Archimede. Ha cambiato per sempre il modo in cui comprendiamo gli oggetti galleggianti, come le navi." "Archimede era un matematico, fisico, ingegnere, inventore e astronomo greco", spiegò il papà di Zahra. "Ha vissuto oltre duemila anni fa. Il suo principio spiega come gli oggetti galleggiano o affondano." Fatto: Il principio di Archimede, formulato nell'antica Grecia, è ancora oggi fondamentale per l'architettura navale.

Il papà di Zahra cominciò a spiegare: "Immagina un sottomarino su una bilancia, ma sott'acqua. Ora immagina un uguale volume d'acqua anche su quella bilancia, ma non sott'acqua. Il peso di quel volume d'acqua è la forza di galleggiamento che spinge il sottomarino verso l'alto!" Le mostrò un diagramma nel suo quaderno. "La chiave è lo spostamento," disse. "Un oggetto galleggia se la forza di galleggiamento—il peso dell'acqua che sposta—è maggiore del suo stesso peso. E questo significa che la densità complessiva è inferiore a quella dell'acqua!" Zahra cominciò a capire. Fatto: La densità è la massa per unità di volume. Se un oggetto è meno denso dell'acqua, galleggia; altrimenti, affonda. Le navi sono progettate per massimizzare il loro volume rispetto alla loro massa.

Il papà le mostrò come un sottomarino potesse cambiare la sua galleggiabilità. "I sottomarini hanno delle casse di zavorra", spiegò. "Riempiendole d'aria, il sottomarino sposta meno acqua, diventando più leggero e in grado di salire. Riempiendole d'acqua, ne sposta di più, facendo affondare il sottomarino." Disegnò un diagramma di un sottomarino con le casse di zavorra che si riempivano d'acqua e d'aria. "Vedi come cambiano le frecce che rappresentano la forza di galleggiamento?" chiese. Fatto: i sottomarini controllano la loro profondità regolando la quantità di acqua e aria nelle loro casse di zavorra, cambiando efficacemente la loro densità complessiva.

Per dimostrare, il papà di Zahra la portò alla Everett Middle School dove il signor Harris, l'insegnante di scienze, mostrò loro un modello di sottomarino. Pompò aria nei serbatoi di zavorra e il modello salì in superficie in una vasca. Poi, lasciò entrare l'acqua e il sottomarino affondò. "È così che i sottomarini esplorano le profondità dell'oceano", spiegò il signor Harris. "Cambiano la loro densità per immergersi e riemergere!" Fatto: I serbatoi di zavorra furono essenziali per l'invenzione del primo vero sottomarino da parte di Cornelius Drebbel nel diciassettesimo secolo, sebbene il suo progetto fosse piuttosto diverso dai sottomarini moderni.

Zahra immaginava un vero sottomarino, un mezzo di ricerca per le profondità marine, che esplorava la Fossa delle Marianne, la parte più profonda dell'oceano. Vedeva il sottomarino navigare silenziosamente attraverso le acque scure, le sue luci che illuminavano creature strane e meravigliose. "Pensò: "Senza capire la galleggiabilità e la densità, non potremmo esplorare questi luoghi incredibili!"" Fatto: La Fossa delle Marianne è così profonda che il Monte Everest potrebbe essere sommerso al suo interno e avere ancora oltre un miglio d'acqua sopra la sua cima.

Tornata a casa, Zahra osservò altri esempi di galleggiamento. Vide una mongolfiera salire nel cielo, una barca galleggiare nella baia e persino se stessa galleggiare in piscina. "Il galleggiamento è ovunque!" esclamò a sua mamma mentre guardava la mongolfiera passare. Fatto: Le mongolfiere galleggiano perché l'aria riscaldata è meno densa dell'aria più fredda. Questa differenza di densità crea una forza di galleggiamento che solleva il pallone.

Suo padre, un uomo calmo, premuroso e amichevole sulla quarantina, con gli occhiali, una barba corta e curata, capelli scuri e corti con qualche accenno di grigio alle tempie, che indossava un comodo maglione, pantaloni casual e mocassini, le mostrò una foto di un iceberg. "Anche qualcosa di così massiccio come un iceberg galleggia perché il ghiaccio è meno denso dell'acqua", spiegò. "Ma solo circa il dieci per cento di un iceberg è visibile sopra la superficie." Zahra era sbalordita. "Quindi, la maggior parte dell'iceberg è nascosta sott'acqua?" Fatto: Gli iceberg galleggiano perché il ghiaccio è meno denso dell'acqua liquida, una proprietà unica dovuta ai legami idrogeno. Questo permette alla vita marina di prosperare anche in condizioni di congelamento.

Zahra sorrise, capendo ora perché il suo sottomarino giocattolo affondava mentre le navi enormi galleggiavano. Comprendendo i principi della galleggiabilità, possiamo progettare macchine incredibili, esplorare le profondità dell'oceano e persino capire perché gli iceberg galleggiano. "Si rese conto", "La scienza ci aiuta a capire il mondo che ci circonda, dal giocattolo più piccolo alla nave più grande!" Fatto: Comprendere la galleggiabilità ci permette di progettare navi, sottomarini, mongolfiere e persino prevedere il comportamento degli iceberg, aiutandoci a navigare ed esplorare il nostro mondo in modo più sicuro ed efficiente.