راز شناوری کشتی‌های غول‌پیکر؛ چرا یک آجر غرق می‌شود، اما کشتی کروز نه؟

شناوری کشتی‌های بزرگ یکی از شگفتی‌های فیزیک است که ممکن است در نگاه اول عجیب به نظر برسد. چرا یک کشتی ۱۰۰ هزار تنی روی آب شناور می‌ماند، ولی یک آجر کوچک فورا در آب فرو می‌رود؟ برای توضیح این پدیده می‌توانیم سراغ قوانین پیچیده فیزیک مثل اصل ارشمیدس برویم یا می‌توانیم به‌سادگی به‌شکل و حجم اشیا اشاره کنیم. در ادامه، به زبانی ساده‌تر به این موضوع خواهیم پرداخت و یاد می‌گیریم که چرا کشتی‌های کروز با وجود وزن بسیار زیادشان، غرق نمی‌شوند.

برای توضیح اینکه چطور یک کشتی کروز ۱۰۰ هزار تنی روی آب شناور می‌ماند اما یک آجر کوچک به قعر دریا می‌رود، فیزیکدان‌ها می‌توانند روش‌های پیچیده‌ای ارائه دهند. ممکن است از ریاضیاتی پیچیده استفاده کنند یا نمودارهای فیزیکی ترسیم کنند؛ حتی می‌توانند قوانین سخت‌گیرانه فیزیک را مطرح کنند که سریعا ذهن شما را خسته می‌کند؛ اما اگر «نیکول شارپ» باشید که دکترای مهندسی هوافضا دارد و وبلاگ موفقی در زمینه دینامیک سیالات به نام «FYFD» راه‌اندازی کرده‌اید، می‌توانید این مفهوم را با تجربه‌ای ساده از زندگی شخصی توضیح دهید.

شارپ به یاد می‌آورد که چطور پسر نوزادش هنگام حمام کردن از دیدن یک اسباب‌بازی شناور خشمگین شد. او می‌گوید:

اولین باری که این اسباب‌بازی لاک‌پشت را داخل وان گذاشتیم، کاملا گیج شد. وقتی دید که این وسیله روی آب شناور است، مغزش تصمیم گرفت که «این اشتباه است! این نمی‌تواند درست باشد!»؛ چون خودش در آب فرو می‌رفت و فکر می‌کرد که همه چیز باید غرق شود.

شارپ توضیح می‌دهد که این همان اصلی است که کشتی‌های کروز بر پایه آن شناور می‌مانند؛ اما هیچ‌کس به‌اندازه کافی قوی نیست که این کشتی غول‌پیکر را به زیر آب فشار دهد.

_{منبع عکس: وب‌سایت Thrillist| عکاس: نامشخص}

برای درک ساده‌تر، نیازی به دانستن اصل ارشمیدس یا قوانین پیچیده شناوری ندارید. همه چیز به‌شکل و حجم مناسب برمی‌گردد. اگر یک تکه فولاد را در آب بیندازید، غرق می‌شود. اما اگر همین فولاد را به‌شکل قایق تبدیل کنید، شناور می‌ماند.

در واقع، شکل و حجم تاثیر مستقیمی بر شناوری دارند، فارغ از اینکه جسم چقدر بزرگ باشد. وزن یا جرم جسم و مقدار آبی که جابه‌جا می‌کند نیز اهمیت دارد. اگر جسم بتواند آب کافی را جابه‌جا کند، شناور می‌ماند و اگر نتواند، غرق می‌شود؛ برای مثال، اگر وزن یک کشتی کروز و شکل آن را حفظ کنیم، اما اندازه‌اش را به‌اندازه یک نخود کاهش دهیم، بلافاصله به ته دریا فرو می‌رود، چون حجم آبی که جابه‌جا می‌کند به‌اندازه‌ای نیست که بتواند وزنش را تحمل کند.

شارپ حتی اشاره می‌کند که مفاهیم دینامیک سیالات فقط به کشتی‌ها محدود نمی‌شود؛ برای مثال، در روز بارانی ممکن است حباب‌هایی در چاله‌های آب ببینید که به‌دلیل قطرات باران و غبارهای موجود در سطح زمین ایجاد شده‌اند. این پدیده هم نوعی از تعاملات سیال‌ها است که در زندگی روزمره‌مان دیده می‌شود.

درمجموع، چه روی یک کشتی غول‌پیکر در دریا باشید و چه در حال قدم زدن در خیابان‌های باران‌خورده، دینامیک سیالات همیشه در زندگی ما نقش دارد.

_{منبع عکس کاور: وب‌سایت Thrillist| عکاس: نامشخص}