A poco più di due settimane dalla gara di barche di cartone, i team stanno pianificando i loro progetti per realizzare le imbarcazioni di cartone più veloci, più durature e più belle del Cam. Ma come si progetta la migliore barca di cartone? Come galleggiano e perché si rompono in acqua?
La scienza dietro al mantenimento della tua barca a galla
Probabilmente hai già un po’ di intuito su quali oggetti galleggiano. Gli oggetti leggeri tendono a galleggiare, mentre quelli pesanti affondano. Eppure, in qualche modo, le navi cargo da milioni di tonnellate riescono a galleggiare. Come ci riescono? Sfruttando il principio di Archimede.
“Si spera che il Università la squadra non mi butta nel fiume Cam per aver rivelato i nostri segreti”
Il filosofo greco Archimede scoprì che il fattore chiave per determinare se un oggetto galleggiava non era il suo peso, ma la sua densità. Questo perché la forza che spinge un oggetto fuori dall’acqua è uguale al peso dell’acqua che spinge da parte quando vi entra. Un oggetto denso ha molto peso in un volume molto piccolo, e quindi la forza che lo spinge verso la superficie è molto inferiore alla forza che lo tira nell’acqua.
Le barche sono in grado di evitare di affondare perché gran parte del loro volume è riempito d’aria. Con tutto questo spazio effettivamente vuoto, la densità media della barca è ridotta e quindi l’acqua è più in grado di spingerla fuori.
“Qual è il modo migliore per tenere a galla la tua barca? Costruisci una barca più grande!”
Qual è il modo migliore per tenere a galla la tua barca? Costruisci una barca più grande! In particolare, le pareti alte della tua barca ti aiutano a massimizzare il volume d’acqua che puoi spostare. Le pareti alte possono anche aiutarti a tenere fuori l’acqua, che è il modo più rapido per far affondare la tua barca.
Cartone bagnato: perché (prima o poi) affonderai…
Alla fine la tua barca soccomberà allo stesso destino di tutte le altre e diventerà un pasticcio marrone e fradicio. Ma perché il cartone assorbe quest’acqua e perché perde tutta la sua resistenza quando lo fa?
Il cartone è essenzialmente carta sistemata in modo elaborato per renderla più resistente. La carta è fatta di polpa di legno che è legata insieme da composti naturali nel legno per formare un foglio sottile. La polpa, tuttavia, lascia minuscoli pori nella struttura della carta. A causa di un effetto chiamato tensione superficiale, l’acqua è in grado di tirarsi su attraverso gli spazi nella carta e riempire lo spazio in mezzo. Questo è lo stesso principio che fa sì che il tuo biscotto risucchi il tuo tè.
“L’unico modo per sapere quale cartone è migliore è provarlo”
Una volta all’interno della struttura del cartone, l’acqua è in grado di causare danni ai materiali della carta. L’acqua può sciogliere gran parte dei composti che legano insieme la carta. Ciò che non si dissolve si indebolisce. Oltre a ciò, l’acqua fa sì che la polpa si gonfi e allontani le fibre di cui è composta.
Sebbene ciò sia inevitabile per tutti i tipi di cartone, non tutti i tipi di cartone sono fatti allo stesso modo. Alcuni tipi di cartone di qualità superiore sono fatti con carta che ha molti meno pori nella sua microstruttura in cui l’acqua può entrare. L’unico modo per sapere quale cartone è migliore è testarlo, quindi non aver paura di organizzare un piccolo esperimento.
La chiave per la velocità
Se vuoi avere qualche possibilità di superare la concorrenza, ti serviranno due cose principali: una pagaia per spingerti il più velocemente possibile e una barca che non ti rallenti. Entrambe queste cose, tuttavia, sono dettate dallo stesso principio: la resistenza.
La resistenza è la forza che resiste al movimento di un oggetto attraverso un fluido, che sia acqua, aria o il liquido discutibile che costituisce il fiume Cam. La resistenza rallenterà la tua barca mentre accelera nell’acqua perché la forza che esercita le sottrae energia cinetica. La resistenza, tuttavia, è fondamentale per il funzionamento delle pagaie, poiché tirando una pagaia nell’acqua, la resistenza sulla tua pagaia spingerà la barca in avanti.
La resistenza è in gran parte determinata da una proprietà, l’area della sezione trasversale dell’oggetto che si muove nel fluido. Per una barca, questa può essere pensata come l’area della parte anteriore della barca, e quindi una barca con un profilo anteriore molto piccolo è probabile che abbia la minima resistenza nel muoversi nell’acqua. Per una pagaia, d’altro canto, un’ampia superficie ti aiuterà molto a darti la spinta migliore per continuare ad andare avanti.
Insieme, questi suggerimenti dovrebbero aiutarti a rimanere a galla rispetto alla concorrenza. Speriamo che il Università la squadra non mi butta dentro per aver rivelato i nostri segreti.
