Неліктен кемелер металдың кесірінен суға батпайды?

Үлкен кемелердің ауыр металдан жасалғанына қарамастан, су бетінде емін-еркін жүзе алуы көпшілікті таңғалдырмай қоймайды. Әдетте металдан жасалған бұйымдардың ауыр болып, суға тез бататынын білеміз. Алайда заманауи алып кемелер көбінесе болаттан жасалады, бірақ олар суға батпайды. Бұл қызықты құбылысты түсіну үшін кеменің құрылымдық ерекшеліктері мен физикалық заңдылықтарды талдаған жөн. Ғылым мен инженерлік шешімдердің үйлесуі – металдан жасалған алып кемелердің су бетінде қалуына мүмкіндік беретін негізгі фактор.

Архимед заңы – жүзгіштіктің негізгі себебі

Металл кемелердің суға батпау себебін түсіну үшін ежелгі грек ғалымы Архимед ашқан физикалық заңдылыққа жүгінеміз. Архимед заңы бойынша, сұйықтыққа батырылған кез келген денеге сол дене ығыстырған сұйықтық салмағына тең күш төменнен жоғары қарай әсер етеді. Яғни, дененің салмағы ол ығыстырған судың салмағынан аз болса, дене су бетінде қалқып жүреді.

Іс жүзінде бұл заңдылықтың кемелер үшін мәні – олардың көлемі мен пішіні ығыстырған судың салмағы кеменің өз салмағынан артық болатындай етіп жобаланады. Металл, әсіресе болат, судан едәуір тығыз болғанымен, кемелердің ерекше конструкциясы осы тығыздық айырмашылығын өтеуге мүмкіндік береді.

Кеме конструкциясының жүзуге әсері

Металл кемелердің корпусы тұтас темір кесегі емес, ішінде ауамен толтырылған қуыстары бар, арнайы пішінделген құрылым болып табылады. Бұл ерекшелік кеменің орташа тығыздығын судың тығыздығынан әлдеқайда төмендетеді.

Кеменің жүзу қабілетіне әсер ететін негізгі құрылымдық ерекшеліктері:

• корпустың ішінде ауамен толтырылған үлкен қуыстар бар, ауа судан әлдеқайда жеңіл болғандықтан, кеменің орташа тығыздығы төмендейді;
• кеменің түбі жалпақ әрі кең болып, суға тиетін ауданы ұлғайып, ығыстырылатын су көлемі артады;
• кеменің ішінде су өткізбейтін арнайы қабырғалар орнатылады, бұл корпустың бір жері зақымданған кезде судың басқа бөліктерге өтуін тежейді.

Осылайша, кемедегі ауа қуыстарының арқасында оның жалпы тығыздығы судың тығыздығынан аз болады, нәтижесінде кеме судың бетінде емін-еркін қалқып жүреді.

Кейбір металл бұйымдар неліктен суға батады

Кішкентай металл бұйымдардың, мысалы шеге немесе тиынның суға батуы таңғалдырарлық емес. Бұған олардың пішіні мен конструкциясының кемелерден мүлдем өзгеше болуы себеп:

1. Тығыздық пен көлем айырмашылығы. Шеге немесе тиын тәрізді заттар ішіне ауа толтырылған қуыссыз, тұтас металл болғандықтан, олардың орташа тығыздығы судан жоғары болады. Бұл заттар ығыстыратын су салмағы олардың өз салмағынан аз болып, олар су түбіне тез батып кетеді. Ал кемелер ішіндегі ауа қуыстары арқылы тығыздығын төмендетіп, суға батпайды.
2. Пішіні мен суды ығыстыру ерекшеліктері. Кеменің ерекше пішіні үлкен көлемдегі суды ығыстырып, жүзуге қолайлы жағдай жасайды. Ал металл шеге немесе шар тәрізді заттар ығыстыратын су көлемі тым аз болғандықтан, олар суға батып кетеді. Мысалы, бірдей салмақтағы металл шар мен кеменің суда жүзу қабілеті мүлде бөлек болады, себебі кеменің пішіні көбірек суды ығыстыруға мүмкіндік береді.

Осыған байланысты, дененің суда жүзуі материалына ғана емес, оның конструкциясына және тығыздығына да тікелей тәуелді.

Кеменің суға батуына әсер ететін жағдайлар

Барлық құрылымдық есептеулерге қарамастан, кейбір жағдайларда кемелердің суға батып кету қаупі де туындайды:

• корпус зақымдалып, ауа толы бөліктерге судың кіруі;
• кеменің дұрыс жүктелмеуінен тепе-теңдіктің бұзылуы;
• артық жүк тиеген жағдайда, кеменің ығыстыратын су көлемі оның салмағын көтеруге жетпеуі.

Мұндай жағдайларда кеменің жалпы тығыздығы артып, ығыстыратын су мөлшері азаяды да, кеме судың түбіне кетуі мүмкін.

Қазіргі кемелер бұл жағдайларды алдын алу үшін көптеген қауіпсіздік жүйелерімен жабдықталады. Осындай техникалық шешімдер кеменің қауіпсіздігін қамтамасыз етіп, теңіз тасымалдарын сенімді етеді.

Металл кемелердің су бетінде сенімді жүзе алуының себебі Архимед заңын тиімді қолдануда жатыр. Ғылым мен инженерлік ойдың үйлесімі арқасында қазіргі алып металл кемелер әлемдік мұхиттар мен теңіздерді батыл бағындырып келеді. Адамның физикалық заңдылықтарды пайдаланып, үлкен әрі ауыр кемелердің су бетінде қалуына жағдай жасауы – ғылым мен техниканың тамаша жетістігі.