המים דוחפים למעלה
נסו לדחוף כדור ים לתוך אמבטיה מלאה. מרגישים איך המים מתנגדים ודוחפים אותו בחזרה למעלה? הכוח הזה נקרא כוח העילוי. הוא פועל על כל גוף שנמצא בתוך נוזל — גם על אבן ששוקעת, וגם עלינו כשאנחנו בבריכה.
כשגוף נכנס למים הוא דוחק הצידה חלק מהמים, ומפלס המים עולה. ארכימדס, מדען יווני שחי לפני יותר מאלפיים שנה, גילה כלל חשוב: כוח העילוי שווה למשקל המים שהגוף דחק הצידה. אם המשקל של הגוף קטן ממשקל המים שהוא יכול לדחוק — הוא יצוף. אם גדול יותר — הוא ישקע.
צפיפות: כבד או קל ״בשביל הגודל שלו״
קובייה קטנה של ברזל שוקעת, אבל בול עץ ענק צף. איך זה ייתכן? הסוד הוא צפיפות — כמה חומר דחוס בתוך כל נפח. לברזל צפיפות גבוהה: גם חתיכה קטנה שלו כבדה מאוד. לעץ צפיפות נמוכה יותר מזו של מים, ולכן הוא צף.
כלל אצבע פשוט: חומר שצפיפותו קטנה מזו של המים צף, וחומר שצפיפותו גדולה יותר שוקע. שמן צף על מים, קרח צף במים כי כשמים קופאים הם מתפשטים ונעשים פחות צפופים, ופקק שעם צף כמעט כולו מעל פני המים.
איך אוניית ברזל לא טובעת?
אם ברזל שוקע, איך אוניות ענקיות עשויות מתכת שטות בים? התשובה היא הצורה. האונייה בנויה כמו קערה ענקית, ובתוכה הרבה אוויר. היא דוחקת הצידה כמות גדולה מאוד של מים, ומשקל המים האלה גדול ממשקל האונייה. כך כוח העילוי מחזיק אותה.
אפשר לבדוק את זה בבית עם פלסטלינה: כדור פלסטלינה שוקע מיד. אבל אם משטחים אותו לצורת סירה עם דפנות, אותה כמות בדיוק של פלסטלינה צפה. אם מעמיסים על הסירה יותר מדי מטבעות, היא שוקעת עמוק יותר ובסוף טובעת.
צוללת משתמשת באותו רעיון בצורה חכמה: יש בה מכלים שאפשר למלא במים כדי לשקוע, ולרוקן בעזרת אוויר דחוס כדי לעלות חזרה.
למה קל כל כך לצוף בים המלח?
מי ים המלח מלוחים מאוד, ולכן הם צפופים הרבה יותר ממים מתוקים. מים צפופים דוחפים חזק יותר כלפי מעלה, ולכן אנשים צפים שם בקלות, כמעט כמו על מזרן. גם בים התיכון קל יותר לצוף מאשר בבריכה, אבל ההבדל קטן בהרבה.
גם דגים מתמודדים עם השאלה הזאת. לדגים רבים יש בתוך הגוף שלפוחית שחייה — מעין בלון קטן מלא בגז. כשהדג משנה את כמות הגז שבה, הוא יכול לעלות, לרדת או לרחף במקום בלי להתאמץ. ומצופים וגלגלי ים עוזרים לנו לצוף כי הם מוסיפים לגוף הרבה נפח עם מעט משקל.
ניסוי קטן: הביצה המרחפת
מלאו כוס במים מהברז והכניסו ביצה טרייה — היא תשקע. הוציאו אותה, הוסיפו כמה כפות מלח וערבבו היטב. הכניסו את הביצה שוב — היא תצוף. אפשר אפילו ליצור שכבה של מים מלוחים בתחתית ושכבה של מים מתוקים מעליה, ואז הביצה ״תרחף״ באמצע הכוס.