Ecco come galleggia una nave e come funziona il galleggiamento
Ci sono cose che non ti chiedi: semplicemente, le accetti così come sono, tanto è radicata l’abitudine. Cose che hai sempre visto, che hai sempre dato per scontate: è così e basta, senza troppi dubbi. Poi un giorno sei lì che guardi l’orizzonte come hai fatto tante altre volte, immerso tra i tuoi pensieri. E una domanda bussa prepotentemente: ma perché le navi galleggiano?
E in effetti, non è una domanda così scontata dopotutto. Il galleggiamento è un fenomeno naturale a cui siamo esposti sin da bambini: ci appare ovvio, ma in realtà è davvero straordinario. Ed è lo stesso principio che permette a una barca a vela di attraversare il mare, così come a un’enorme nave da crociera di fluttuare placidamente sull’acqua. Decine -o centinaia- di migliaia di tonnellate che se ne stanno così, sul pelo dell’acqua, senza accennare a immergersi.
Come abbiamo fatto a renderlo fattibile? Com’è possibile che una nave di quelle dimensioni non vada a fondo? Ce lo spiega la fisica: scopriamo in questo articolo come funziona il galleggiamento di una nave, cosa lo rende possibile e perché, alla fine, tutto dipende dall’equilibrio perfetto tra forze invisibili.
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Perché le navi galleggiano?
Anche se a pensarci può sembrare una cosa impossibile da mettere in pratica, gli esseri umani ci sono riusciti: hanno costruito le navi, e hanno fatto in modo che galleggiassero sull’acqua. Quello che riguarda la sostenibilità delle navi (soprattutto da crociera) è un altro discorso, che merita di essere affrontato con più attenzione: per oggi, però, limitiamoci a capire perché stanno a galla. Questi immensi colossi pesanti quanto quattordicimila elefanti -su per giù-, capaci di starsene in superficie come piccoli salvagenti pieni d’aria. Com’è possibile? In realtà il concetto di base è piuttosto semplice: una nave galleggia perché sposta più acqua di quanto pesa.
Non si tratta solo del materiale con cui è fatta. Quello conta, certo, ma anche le navi di acciaio galleggiano. È la forma della nave in sé, però, il fattore principale da tenere in considerazione e quello che ci interessa oggi. È la forma ad essere progettata per poter distribuire il peso su una superficie così grande, e permettere in questo modo all’acqua di esercitare una forza verso l’alto sufficiente per mantenere tutto il sistema a galla. Per fare un esempio più terra terra -concedici il gioco di parole-, è lo stesso motivo per cui una palla da basket galleggia mentre una moneta affonda. Anche se più piccola e decisamente più leggera: tutto dipende dalla densità e dal volume di acqua che viene spostato.
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Il principio di Archimede e il galleggiamento nave
Semplice, no? Più o meno sì: una volta che capisci il concetto, tutto appare così logico e scontato! Ma come siamo arrivati a sapere tutto questo? Tutto è cominciato da una scoperta fatta oltre duemila anni fa. È stato il matematico greco Archimede a rendersene conto: un corpo immerso in un liquido riceve una spinta verso l’alto pari al peso del liquido che sposta. Pare che fosse immerso lui stesso nella vasca da bagno quando se ne accorse: il suo corpo provocava la fuoriuscita di acqua dalla vasca stessa, e questo dimostrava proprio la presenza di una spinta verso l’alto. Un’illuminazione -quella famosa, quella che gli fece esclamare “Eureka!”– che ha stravolto in un attimo il mondo della fisica.
È questo principio, noto a tutti come il principio di Archimede per ovvi motivi, che permette agli oggetti pesanti come le navi di galleggiare. Quando un’imbarcazione viene messa in acqua, il suo stesso peso la spinge verso il basso, ma l’acqua reagisce esercitando una forza contraria. La spinta che dicevamo prima, la spinta di Archimede.
Se questa forza è uguale -o superiore- al peso della nave, allora si è raggiunto l’equilibrio e la nave resta a galla. Ecco spiegato il motivo per cui le navi hanno una forma ampia e cava: è questo che consente loro di spostare una grande quantità di acqua, e dunque ricevere una spinta abbastanza forte da sostenerle anche quando sono cariche. Più acqua viene spostata, maggiore è la spinta verso l’alto. Una sottospecie di danza invisibile tra forze che si bilanciano una con l’altra, e che ogni giorno tiene a galla migliaia di navi in ogni parte del mondo.
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Come galleggiano le navi
Il “segreto” -che tanto segreto non è più- del galleggiamento delle navi non sta solo nelle leggi della fisica, ma anche nell’ingegneria navale. Ogni imbarcazione è progettata in modo da avere uno scafo ampio e cavo, capace di distribuire il peso in modo uniforme, e massimizzare così il volume di acqua spostato.
Ciò significa che, anche se sono costruite con materiali pesanti come l’acciaio, riescono comunque a tenersi a galla: navi classiche o traghetti elettrici (l’innovazione green) non fa differenza, stanno tutti su. Durante le fasi di progettazione, gli ingegneri calcolano con estrema precisione il cosiddetto pescaggio, vale a dire la parte della nave che resta immersa. Serve a garantire equilibrio e stabilità anche nel caso in cui la nave debba portare carichi elevati, o comunque molto variabili: in ogni caso, l’equilibrio è assicurato. Per di più, sono molte le navi moderne dotate di serbatoi di zavorra, i quali possono essere riempiti -o svuotati- al fine di regolare l’assetto e migliorare la navigazione a seconda delle condizioni del mare e del peso trasportato.
Tutto qui: nessun mistero irrisolvibile, quello del galleggiamento di una nave. Nessuna magia capace di spostare tonnellate e tonnellate di peso, nessuna forza superiore: solo fisica e ingegneria che vanno a braccetto. Una nave galleggia perché è costruita per farlo, è pensata per stare a galla, e grazie a tutte le conoscenze che l’uomo ha accumulato nel corso dei secoli, ha potuto progettarla in questo modo. Trovando il perfetto equilibrio tra massa, forma e spinta idrostatica.
E oggi, grazie a questo stesso equilibrio, siamo in grado di progettare navi-ospedale che curano le popolazioni più remote, facendo del bene anche in mezzo al mare.
