How Submarines Sink and Float

Захра наблюдала, как огромное контейнерное судно скользит по заливу Сан-Франциско. В действие вступает феномен плавучести, удерживая этого гиганта на плаву. Но как? Кажется невозможным, чтобы что-то настолько тяжелое могло держаться на воде. На самом деле, некоторые контейнеровозы длиннее, чем Эмпайр-стейт-билдинг в высоту! Факт: Плавучесть контейнеровоза зависит от формы его корпуса и объема вытесняемой им воды. Этот принцип позволяет судам, которые длиннее Эмпайр-стейт-билдинг, оставаться на плаву, несмотря на то, что они весят сотни тысяч тонн!

Вернувшись домой в Ноэ-Вэлли, Захра принимала ванну со своей игрушечной подводной лодкой, когда та затонула. Она задавалась вопросом, почему огромные корабли плавают, а ее маленькая игрушка нет. Она спросила своего папу, который читал книгу на диване: «Пап, почему большие корабли плавают, а моя подводная лодка тонет?» — спросила она, недоумевая. «Это отличный вопрос, Захра!» — ответил ее папа. «Все дело в том, что называется плавучестью. Нам придется разобраться». Факт: Интересный факт: Свету требуется восемь минут и двадцать секунд, чтобы добраться от Солнца до Земли. Возможно, поэтому кажется, что вода в ванне остывает целую вечность!

Папа Захры достал блокнот и сказал: «Давай посмотрим, что Архимед выяснил давным-давно». Он открыл книгу на странице об Архимеде и сказал: «Эврика! — как знаменито крикнул Архимед, когда открыл принцип плавучести. Это навсегда изменило наше понимание плавающих объектов, таких как корабли». «Архимед был греческим математиком, физиком, инженером, изобретателем и астрономом, — объяснил папа Захры. — Он жил более двух тысяч лет назад. Его принцип объясняет, как объекты плавают или тонут». Факт: Принцип Архимеда, сформулированный в Древней Греции, до сих пор является основополагающим в военно-морской архитектуре.

Папа Захры начал объяснять: «Представь себе подводную лодку, стоящую на весах, но под водой. А теперь представь себе такой же объем воды, тоже на этих весах, но не под водой. Вес этого объема воды — это выталкивающая сила, которая толкает подводную лодку вверх!» Он показал ей диаграмму в своем блокноте. «Ключ к пониманию — это вытеснение», — сказал он. «Объект плавает, если выталкивающая сила — вес воды, которую он вытесняет — больше его собственного веса. А это значит, что общая плотность меньше, чем у воды!» Захра начала понимать. Факт: Плотность — это масса на единицу объема. Если объект менее плотный, чем вода, он плавает; в противном случае он тонет. Корабли спроектированы так, чтобы максимизировать свой объем относительно своей массы.

Её папа показал Захре, как подводная лодка может изменять свою плавучесть. «У подводных лодок есть балластные цистерны, — объяснил он. — Заполняя их воздухом, подводная лодка вытесняет меньше воды, становится легче и может всплывать. Заполняя их водой, она вытесняет больше, и подводная лодка погружается». Он нарисовал схему подводной лодки с балластными цистернами, заполняющимися водой и воздухом. «Видишь, как меняются стрелки, обозначающие выталкивающую силу?» — спросил он. Факт: Подводные лодки контролируют свою глубину, регулируя количество воды и воздуха в своих балластных цистернах, эффективно изменяя свою общую плотность.

Чтобы продемонстрировать, папа Захры отвел ее в среднюю школу Эверетт, где мистер Харрис, учитель естественных наук, показал им модель подводной лодки. Он накачал воздух в балластные цистерны, и модель всплыла на поверхность резервуара. Затем он набрал воду, и подводная лодка затонула. «Именно так подводные лодки исследуют океанские глубины, — объяснил мистер Харрис. — Они меняют свою плотность, чтобы погружаться и всплывать!» Факт: Балластные цистерны были необходимы для изобретения первой настоящей подводной лодки Корнелиусом Дреббелем в семнадцатом веке, хотя его конструкция сильно отличалась от современных подводных лодок.

Захра представила себе настоящую подводную лодку, глубоководное исследовательское судно, исследующее Марианскую впадину, самую глубокую часть океана. Она видела, как подводная лодка бесшумно движется сквозь темные воды, ее огни освещают странных и удивительных существ. «Она подумала: «Без понимания плавучести и плотности мы не смогли бы исследовать эти удивительные места!»» Факт: Марианская впадина настолько глубока, что гора Эверест могла бы быть полностью погружена в нее, и над ее вершиной все равно оставалось бы более одной мили воды.

Вернувшись домой, Захра наблюдала другие примеры плавучести. Она видела, как воздушный шар поднимается в небо, лодка плывет по заливу и даже сама она плавает в бассейне. «Плавучесть повсюду!» — воскликнула она маме, наблюдая, как проплывает воздушный шар. Факт: Воздушные шары плавают, потому что нагретый воздух менее плотный, чем холодный. Эта разница в плотности создает выталкивающую силу, которая поднимает шар.

Её отец, спокойный, вдумчивый и дружелюбный мужчина лет сорока, в очках, с аккуратной короткой бородой, короткими тёмными волосами с лёгкой сединой на висках, одетый в удобный свитер, повседневные брюки и лоферы, показал ей фотографию айсберга. «Даже что-то такое массивное, как айсберг, плавает, потому что лёд менее плотный, чем вода», — объяснил он. «Но только около десяти процентов айсберга видно над поверхностью». Захра была поражена. «Значит, большая часть айсберга скрыта под водой?» Факт: Айсберги плавают, потому что лёд менее плотный, чем жидкая вода, что является уникальным свойством из-за водородных связей. Это позволяет морской жизни процветать даже в условиях замерзания.

Захра улыбнулась, понимая теперь, почему ее игрушечная подводная лодка тонула, в то время как огромные корабли держались на плаву. Понимая принципы плавучести, мы можем проектировать невероятные машины, исследовать глубины океана и даже понимать, почему айсберги плавают. «Она поняла: «Наука помогает нам понять мир вокруг нас, от самой маленькой игрушки до самого большого корабля!»» Факт: Понимание плавучести позволяет нам проектировать корабли, подводные лодки, воздушные шары и даже предсказывать поведение айсбергов, помогая нам ориентироваться и исследовать наш мир более безопасно и эффективно.