Вопрос для обсуждения, страница 151 - гдз по физике 7 класс учебник Кронгарт, Даданбеков

Как же в океанах и морях плавают корабли, корпуса которых изготовлены из стали?

Корабли, корпуса которых изготовлены из стали, плавают в океанах и морях благодаря закону Архимеда и своей особой конструкции. Хотя сама по себе сталь значительно плотнее воды (плотность стали около $7850 \, \text{кг/м}^3$, а плотность морской воды около $1025 \, \text{кг/м}^3$) и сплошной кусок стали в воде неминуемо утонет, корабль — это не сплошной кусок металла.

Корпус корабля имеет специальную форму и внутри он полый. Большая часть внутреннего объёма корабля заполнена воздухом, плотность которого ничтожно мала по сравнению с плотностью воды и стали. В результате средняя плотность всего корабля (включая стальной корпус, воздух во внутренних помещениях, двигатели, оборудование, груз и т.д.) оказывается меньше плотности воды.

Согласно закону Архимеда, на любое тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила (называемая также силой Архимеда, $F_A$), равная весу жидкости в объёме, вытесненном телом.

$F_A = \rho_ж \cdot g \cdot V_п$

где $\rho_ж$ — плотность жидкости, $g$ — ускорение свободного падения, а $V_п$ — объём погружённой в жидкость части тела.

Для того чтобы корабль плавал на поверхности, необходимо, чтобы выталкивающая сила Архимеда уравновешивала действующую на корабль силу тяжести ($F_т$).

$F_A = F_т$

Распишем это равенство:

$ \rho_ж \cdot g \cdot V_п = m_к \cdot g $

где $m_к$ — масса корабля.

Сократив ускорение свободного падения $g$ в обеих частях, получаем основное условие плавания:

$m_к = \rho_ж \cdot V_п$

Это означает, что корабль будет погружаться в воду ровно до тех пор, пока масса вытесненной им воды не станет равной его собственной массе. Благодаря огромному объёму полого корпуса, для достижения этого равновесия кораблю достаточно погрузиться лишь на определённую глубину (осадку), а не утонуть полностью.

Таким образом, плавучесть стального корабля обеспечивается не свойствами материала, а его формой, которая позволяет создать конструкцию с низкой средней плотностью и вытеснить большое количество воды.

Ответ: Корабли плавают, потому что их полый корпус вытесняет большой объём воды. Это создаёт направленную вверх выталкивающую силу (силу Архимеда), которая уравновешивает вес корабля. Хотя сталь сама по себе плотнее воды, средняя плотность всей конструкции корабля (учитывая сталь, грузы и огромный объём воздуха внутри) оказывается меньше плотности воды, что и позволяет ему держаться на плаву.