Kenapa Kapal Keluli Boleh Terapung?

Sekeping keluli padu biasanya tenggelam di dalam air kerana ketumpatannya lebih tinggi daripada air. Namun, kapal keluli mempunyai badan yang besar dan berongga. Apabila keseluruhan kapal, termasuk ruang berisi udara di dalam badan kapal, diambil kira, jisimnya tersebar dalam isi padu yang jauh lebih besar. Ketumpatan purata kapal boleh menjadi lebih rendah daripada ketumpatan air sehingga kapal dapat terapung.

Nota Istilahdaya apungan: Daya bersih ke atas yang dikenakan oleh bendalir pada objek yang berada sebahagian atau sepenuhnya di dalamnya.

Air memberikan daya ke atas

Tekanan air bertambah apabila kedalaman bertambah. Apabila tekanan bendalir dijumlahkan pada seluruh permukaan badan kapal yang terendam, hasil bersihnya ialah daya ke atas yang dipanggil daya apungan.

Prinsip Archimedes menyatakan bahawa daya apungan pada sesuatu objek sama dengan berat bendalir yang disesarkannya. Kapal terapung akan turun ke dalam air sehingga berat air yang disesarkannya sama dengan berat keseluruhan kapal. Pada keadaan pegun itu, daya apungan dan berat kapal seimbang.

Kapal terapung pegun apabila daya apungan menyamai berat kapal. Menurut prinsip Archimedes, daya apungan itu sama dengan berat air yang disesarkan. Rajah bersifat konseptual dan tidak mengikut skala.

Kenapa kapal bermuatan tenggelam lebih dalam?

Menambah muatan meningkatkan berat keseluruhan kapal. Untuk mencapai keseimbangan baharu, kapal perlu menyesarkan lebih banyak air, lalu badan kapal berada lebih dalam. Jika air memasuki badan kapal dengan banyak, jisim bertambah tanpa pertambahan isi padu luar yang sepadan. Ketumpatan purata kapal meningkat dan kapal boleh kehilangan keupayaan untuk kekal terapung.

Ketumpatan AirKetumpatan air tawar hampir 1,000 kg/m³, tetapi nilainya berubah dengan suhu dan bahan terlarut. Air laut lazimnya lebih tumpat kerana mengandungi garam terlarut.

Jadi, adakah keluli sebenarnya terapung?

Keluli padu tidak menjadi kurang tumpat apabila dibina menjadi kapal. Yang penting ialah kapal sebagai satu objek lengkap, termasuk ruang berisi udara di dalam badan kapal. Bentuk berongga itu memberikan isi padu keseluruhan yang besar berbanding jisimnya dan membolehkan kapal menyesarkan air secukupnya. Prinsip yang sama dapat ditunjukkan dengan tanah liat: ketulan padat boleh tenggelam, tetapi bahan yang sama boleh terapung apabila dibentuk seperti perahu berongga.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?

Bagaimana kita tahu?

Pemerhatian
Objek yang dicelup ke dalam air mengalami daya ke atas, objek terapung menyesarkan air, dan kapal yang ditambah muatan berada lebih dalam di dalam air.
Bukti
Eksperimen boleh mengukur pengurangan berat ketara objek ketika terendam dan membandingkannya dengan berat bendalir yang disesarkan. Dalam ketepatan eksperimen, kedua-dua nilai itu sepadan sebagaimana dirumuskan oleh prinsip Archimedes.
Inferens
Hubungan antara daya apungan dengan berat air yang disesarkan menyokong kesimpulan bahawa kapal terapung apabila ia menyesarkan air yang beratnya sama dengan berat keseluruhan kapal.
Model
Model hidrostatik menerangkan bahawa tekanan bendalir meningkat dengan kedalaman. Apabila daya tekanan pada seluruh permukaan objek dijumlahkan, terhasil daya apungan; prinsip Archimedes merumuskan magnitud daya itu sebagai berat bendalir yang disesarkan.
Batasan
Model ringkas ini menerangkan keseimbangan menegak tetapi tidak dengan sendirinya menentukan kestabilan kapal terhadap olengan atau terbalik. Kestabilan turut bergantung pada bentuk badan kapal, taburan jisim, pusat graviti, pusat apungan, ombak dan keadaan muatan.

Uji KefahamanSoalan 1 daripada 3

Kenapa kapal keluli boleh terapung sedangkan bongkah keluli padu biasanya tenggelam?