Apakah yang Membuat Kapal Terapung?

Di jeti, Danish melihat sebuah kapal besar bergerak perlahan di atas laut. Badannya diperbuat daripada logam dan membawa banyak barang. Namun kapal itu tidak tenggelam.

“Cikgu, besi kan berat? Mengapa kapal besi boleh terapung?” tanyanya.

Cikgu Farah tersenyum. “Bukan berat sahaja yang menentukan sama ada sesuatu benda terapung. Kita perlu memahami daya air dan bentuk kapal.”

Keesokan harinya, cikgu membawa sebuku plastisin dan sebuah bekas air ke kelas Sains.

Dua Daya yang Berbeza

“Apabila sesuatu benda berada di dalam air, ada dua daya penting yang kita bincangkan,” kata cikgu.

Pertama ialah berat, iaitu daya graviti yang menarik benda ke bawah. Kedua ialah daya apungan, iaitu daya daripada air yang menolak benda ke atas.

Cikgu meletakkan sebuah bot mainan di permukaan air. Bot itu turun sedikit sebelum berhenti pada kedudukan tertentu.

“Bot ini terapung apabila daya apungan ke atas mengimbangi beratnya ke bawah,” jelas cikgu.

Danish memandang air di sekeliling bot. “Tetapi dari mana datangnya daya yang menolak ke atas?”

Air yang Disesarkan

Cikgu memasukkan sebuah bekas kecil ke dalam besen berisi air. Paras air meningkat sedikit.

“Bekas ini mengambil ruang yang sebelumnya dipenuhi air. Kita kata bekas itu menyesarkan air.”

Semakin banyak bahagian bekas masuk ke dalam air, semakin banyak air yang disesarkan. Air memberikan daya apungan kepada bekas.

Prinsip Archimedes menyatakan bahawa daya apungan bersamaan dengan berat air yang disesarkan oleh sesuatu objek.

“Jadi kapal mesti menyesarkan air yang cukup supaya daya apungan dapat mengimbangi berat kapal,” kata Danish.

“Betul!”

Mengapa Kapal Logam Tidak Tenggelam?

Cikgu membentuk plastisin menjadi bebola padat. Beliau meletakkannya ke dalam besen. Bebola itu tenggelam.

Kemudian cikgu mengambil jumlah plastisin yang sama dan membentuknya seperti mangkuk kecil dengan bahagian tengah yang terbuka.

Apabila diletakkan dengan cermat, bentuk seperti bot itu terapung.

“Plastisin masih sama berat!” kata Danish.

“Ya. Tetapi bentuk berongga membolehkan model itu menyesarkan lebih banyak air sebelum air masuk ke dalamnya.”

Kapal sebenar dibina dengan badan kapal yang besar dan mempunyai ruang berisi udara. Walaupun bahan seperti keluli lebih tumpat daripada air, keseluruhan kapal bersama ruang udaranya boleh mempunyai ketumpatan purata yang lebih rendah daripada air.

Sebab itu kapal besi boleh terapung, tetapi seketul besi padat yang sama jenis mungkin tenggelam.

Danish mengangguk. “Rupa-rupanya bukan jenis bahan sahaja yang penting. Bentuknya juga!”

Mengapa Kapal Tidak Boleh Membawa Barang Tanpa Had?

Cikgu meletakkan satu pemadam kecil di dalam model bot. Model itu turun sedikit.

Beliau menambah satu lagi pemadam. Bot turun lebih dalam.

“Apabila beban bertambah, bot perlu menyesarkan lebih banyak air untuk mengimbangi berat baharu,” jelas cikgu.

Jika beban terlalu berat, bahagian tepi bot boleh ditenggelami air. Model itu akhirnya mungkin dimasuki air dan tenggelam.

Kapal sebenar mempunyai had muatan dan tanda keselamatan yang membantu memastikan kapal tidak dibebankan secara berlebihan. Susunan muatan juga penting supaya kapal tidak mudah senget atau terbalik.

“Kalau badan kapal berlubang?” tanya Danish.

“Air boleh masuk dan menggantikan ruang udara. Keadaan itu berbahaya serta boleh menyebabkan kapal kehilangan keupayaan terapung.”

Adakah Air Laut dan Air Sungai Sama?

Cikgu menunjukkan gambar sebuah kapal di sungai dan sebuah lagi di laut.

“Air laut biasanya lebih tumpat daripada air tawar kerana mengandungi garam terlarut,” katanya.

Bagi kapal yang sama berat, air laut boleh memberikan daya apungan yang diperlukan dengan isipadu air tersesar yang sedikit lebih kecil. Oleh itu, kapal biasanya terapung sedikit lebih tinggi di air laut berbanding air sungai.

Namun perbezaan tersebut tidak bermaksud kapal sentiasa selamat dalam semua keadaan. Jurutera dan anak kapal perlu mengambil kira had muatan, keadaan air dan kestabilan.

Pada akhir pelajaran, Danish melukis sebuah kapal dengan dua anak panah. Satu menunjukkan berat ke bawah. Satu lagi menunjukkan daya apungan ke atas.

Dia menulis kesimpulan:

“Kapal terapung apabila air yang disesarkannya menghasilkan daya apungan yang mengimbangi berat kapal.”

Sekarang apabila melihat kapal besar di laut, Danish tidak lagi hairan. Di sebalik kapal yang kelihatan berat, ada bentuk yang direka dengan teliti dan satu prinsip sains yang hebat.

Nota sains: Penerangan tentang daya apungan, air tersesar dan bentuk kapal disemak menggunakan bahan OpenStax dan NOAA.

Aktiviti Selepas Membaca

Misi STEM: Kapal Aluminium Saya

Tujuan: Menyiasat bagaimana bentuk kapal mempengaruhi keupayaannya membawa muatan.

Bahan: Dua keping kerajang aluminium yang sama saiz, sebuah besen cetek berisi air, beberapa pemadam kecil yang sama saiz dan tuala.

Langkah Eksperimen

Bentuk kepingan aluminium pertama menjadi bot yang sempit dengan sisi terangkat.

Bentuk kepingan kedua menjadi bot yang lebih lebar dengan sisi terangkat.

Letakkan kedua-dua bot secara bergilir-gilir di atas air.

Masukkan pemadam satu demi satu dengan berhati-hati dan seimbang.

Catat jumlah pemadam sebelum setiap bot dimasuki air atau tidak lagi stabil.

Bandingkan keputusan dan lukis reka bentuk yang lebih berjaya.

Catatan Pemerhatian

Bilangan pemadam yang dapat ditampung oleh bot sempit

Bilangan pemadam yang dapat ditampung oleh bot lebar

Kesimpulan daripada pemerhatian

Catatan ini untuk latihan dalam pelayar sahaja; tidak dihantar atau disimpan.

Hasil eksperimen boleh berbeza mengikut bentuk, kedalaman badan bot, cara muatan disusun dan ketelitian lipatan. Aktiviti pembinaan bot seperti ini juga digunakan oleh NOAA untuk menerangkan daya apungan dan kestabilan.

Peringatan keselamatan: Jalankan aktiviti di atas meja bersama orang dewasa. Gunakan besen cetek sahaja; tidak perlu pergi ke kolam, sungai atau laut. Jangan gunakan kerajang yang mempunyai sisi tajam.

Nilai: Sifat ingin tahu, kreativiti, keselamatan dan pemikiran saintifik.