Tại sao tàu nổi kim chìm?

Tại sao tàu thép nổi trên mặt nước trong khi kim thép chìm?

Mặc dù thép là một vật liệu đặc và nặng hơn nước, các tàu được làm bằng thép lại có thể nổi trên mặt nước. Điều này có thể được giải thích bằng những nguyên lý sau:

Lực đẩy Ác-si-mét:

Theo nguyên lý Ác-si-mét, bất kỳ vật thể nào được nhúng chìm trong chất lỏng sẽ chịu một lực đẩy hướng lên bằng trọng lượng của chất lỏng bị vật thể chiếm chỗ. Lực đẩy này được gọi là lực đẩy Ác-si-mét.

Trọng lượng riêng:

Trọng lượng riêng của một vật thể là tỷ số giữa trọng lượng của vật thể và thể tích của vật thể. Vật thể có trọng lượng riêng nhỏ hơn chất lỏng sẽ nổi, trong khi vật thể có trọng lượng riêng lớn hơn chất lỏng sẽ chìm.

Cấu trúc rỗng:

Trong trường hợp của một con tàu, mặc dù thép là loại vật liệu nặng, nhưng cấu trúc của tàu lại có nhiều khoang rỗng bên trong. Các khoang rỗng này chứa không khí, có trọng lượng riêng nhỏ hơn nhiều so với nước.

Khi tàu được hạ xuống nước, nước sẽ vào và chiếm chỗ các khoang rỗng này. Tuy nhiên, trọng lượng của nước điền vào các khoang rỗng nhỏ hơn đáng kể so với thể tích nước bị tàu chiếm chỗ. Do đó, trọng lượng riêng tổng thể của tàu, bao gồm cả nước trong các khoang rỗng, trở nên nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước.

Lực đẩy thắng trọng lực:

Vì trọng lượng riêng tổng thể của tàu nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước, lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên tàu sẽ lớn hơn trọng lực kéo tàu xuống. Lực đẩy này thắng trọng lực và đẩy tàu nổi trên mặt nước.

Mặt khác, một chiếc kim làm bằng thép là một vật thể đặc ít hoặc không có không khí bên trong. Do đó, trọng lượng riêng của kim lớn hơn đáng kể so với nước, dẫn đến lực đẩy Ác-si-mét nhỏ hơn trọng lực và kim chìm.

Tóm lại, mặc dù thép nặng hơn nước, nhưng cấu trúc rỗng của tàu thép tạo ra trọng lượng riêng tổng thể nhỏ hơn nước. Điều này dẫn đến lực đẩy Ác-si-mét lớn hơn trọng lực, cho phép tàu nổi trên mặt nước trong khi kim thép chìm.