Come fanno le navi a galleggiare?

Ma come diavolo fanno quelle cisterne di metallo che sembrano il doppio di me a stare a galla sull’acqua, senza fare un tuffo da kamikaze? Vi siete mai posti questa domanda, magari sorseggiando un caffè sulla spiaggia, con lo sguardo perso verso un cargo che se ne va tranquillo verso l’orizzonte? Tranquilli, non siete gli unici a chiedervelo. E non siete nemmeno i più strani, fidatevi. Oggi facciamo un tuffo (metaforico, eh!) nei segreti del galleggiamento delle navi, spiegandovi tutto in quel modo semplice e un po’ sgangherato che tanto vi piace. Preparatevi, perché la fisica non è poi così noiosa come sembra, soprattutto se la raccontiamo da un bar immaginario con vista mare.

Il segreto è nella spinta… o forse no?

Allora, mettiamo subito in chiaro una cosa: non è mica il ferro di cui sono fatte le navi a essere più leggero dell’acqua. Anzi, il ferro è bello pesante. Se prendeste un pezzo di ferro di una certa dimensione e lo buttaste in mare, affonderebbe che è una bellezza, altroché. Il segreto, amici miei, non sta tanto nel materiale, quanto in come quel materiale è configurato. Pensateci: una ciotola di metallo vuota galleggia, ma se la riempite d’acqua e la buttate, affonda. Stessa roba, ma cambia tutto. Ed è qui che entra in gioco il nostro vecchio amico Archimede, quello che, secondo la leggenda, correva nudo urlando “Eureka!” dopo aver scoperto che un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l’alto.

Archimede e la sua incredibile idea

Sì, proprio lui, Archimede di Siracusa. Questo tizio, millenni fa, ha capito una cosa fondamentale che ancora oggi governa il destino di ogni oggetto che galleggia, dalla piccola barchetta di carta al colosso che vedete all’orizzonte. Immaginate di immergere una nave nell’acqua. La nave, occupando un certo volume, sposta una quantità d’acqua corrispondente. E l’acqua, poverina, per farsi spazio, esercita una spinta verso l’alto su quell’oggetto che sta cercando di rubarle posto. Questa spinta, cari amici, è esattamente pari al peso dell’acqua che la nave ha spostato.

Ora, se il peso dell’acqua spostata (quindi la spinta verso l’alto) è maggiore o uguale al peso della nave (la forza di gravità che la tira giù), la nave galleggia. Se invece il peso della nave è maggiore della spinta, beh, addio nave, benvenuta ampolla di fischietti sommersi. È un po’ come quando cercate di tenere giù un palloncino sott’acqua: dovete fare una certa forza perché lui vuole salire, spinto dall’aria più leggera al suo interno.

Non solo la forma, ma anche il “vuoto”

Ma torniamo alle nostre navi. Come fanno a spostare così tanta acqua da galleggiare? Semplice: sono enormi e, soprattutto, sono quasi tutte vuote all’interno. Pensate a uno scafo: è una gigantesca scatola di metallo, ma dentro c’è aria, stiva, cabine, la sala macchine… un sacco di spazio vuoto che non pesa quasi niente. Questo fa sì che la nave, pur essendo fatta di metallo pesante, abbia una densità media molto bassa. La densità media di un oggetto è il suo peso diviso per il volume totale che occupa. Se il volume è grande e il peso non lo è proporzionalmente, la densità media sarà bassa.

E qui sta il trucco: un oggetto galleggia se la sua densità media è inferiore alla densità del fluido in cui è immerso. L’acqua di mare, ad esempio, ha una certa densità. Se la densità media della nave (metallo + aria + tutto il resto) è minore di quella dell’acqua, voilà, galleggia. È per questo che le navi sono progettate con forme che massimizzano il volume occupato rispetto al peso complessivo. La forma a scafo, con quella pancia pronunciata, è un capolavoro di ingegneria pensato apposta per spostare più acqua possibile.

Il trucco del ballast: quando la nave si fa più pesante

A volte, però, le navi hanno bisogno di… appesantirsi. Non per affondare, eh! Pensate alle petroliere quando hanno scaricato tutto il loro prezioso carico. Sarebbero troppo leggere e instabili. Qui entrano in gioco le casse di zavorra (o ballast). Sono serbatoi che, quando necessario, vengono riempiti d’acqua per aumentare il peso e quindi la stabilità della nave. Quando devono partire cariche, svuotano queste casse. È una sorta di “equilibrio dei pesi” dinamico che permette alla nave di navigare in sicurezza in ogni condizione.

E se il mare è più denso?

Una curiosità che mi fa sempre sorridere: le navi galleggiano meglio in acqua salata o dolce? Ebbene, galleggiano meglio in acqua salata. Il motivo? L’acqua salata è più densa dell’acqua dolce perché ci sono disciolti più sali. Essendo più densa, l’acqua salata esercita una spinta verso l’alto maggiore. Per questo, una nave che naviga nel Mediterraneo (acqua salata) galleggia leggermente più in alto rispetto a quando naviga in un grande fiume (acqua dolce). Un piccolo dettaglio che però fa la differenza per i calcoli di carico dei comandanti!

Vedete? Non è magia, è solo fisica ben applicata. E un po’ di ingegneria, ovviamente. Ma quando guardate quelle navi enormi che scivolano sull’acqua, pensate ad Archimede, alla spinta che riceve, e al volume vuoto che la rende magicamente leggera per la sua stazza. È un po’ come quella volta che siete riusciti a far stare tutta la roba che volevate mettere in valigia… basta organizzarsi bene e trovare un po’ di spazio vuoto!

Domande frequenti

Perché le navi hanno lo scafo così largo?

Lo scafo largo serve principalmente ad aumentare il volume della nave. Più volume occupa, più acqua sposta. Ricorda la spinta di Archimede: più acqua sposti, maggiore sarà la spinta verso l’alto che ricevi, aiutandoti a galleggiare senza fare il botto.

Cosa succede se una nave si riempie d’acqua?

Se una nave si riempie d’acqua, aumenta drasticamente il suo peso. L’acqua all’interno riduce il volume di aria (che è leggerissima) e aggiunge peso. Se il peso totale diventa maggiore della spinta di Archimede fornita dall’acqua spostata, la nave affonda. Un po’ come svuotare la ciotola che galleggiava.

Le navi da guerra sono diverse per il galleggiamento?

Le navi da guerra hanno spesso corazze più spesse e sono progettate per la velocità e la manovrabilità, il che può influire sulla loro forma e sul modo in cui spostano l’acqua. Tuttavia, anche loro devono rispettare i principi del galleggiamento e della spinta di Archimede per rimanere a galla.