Comment flottent les navires de croisière ?

Les navires de croisière sont comme des villes flottantes géantes.

Ils sont aussi longs que l’Empire State Building est haut et peuvent atteindre 20 étages. Les navires de croisière d’aujourd’hui peuvent accueillir jusqu’à 6 000 passagers et 2 500 membres d’équipage.

La taille même des énormes navires de croisière d’aujourd’hui soulève la question suivante : comment les navires flottent-ils ?

Comment flottent les bateaux de croisière ?

Les navires de croisière flottent car ils peuvent déplacer une quantité d’eau égale à leur masse. Leur coque en forme de U, leur centre de gravité bas et leur intérieur creux permettent même aux plus grands navires de croisière de flotter.

De plus, les navires de croisière sont conçus avec une large coque en forme de U qui aide à déplacer l’eau, offrant ainsi une flottabilité supplémentaire et une navigation plus fluide.

Explorer la science derrière la façon dont les bateaux flottent

Maintenant que vous connaissez les bases, explorons certaines des données scientifiques sur la façon dont les navires de croisière flottent.

Densité des objets et flottaison

En règle générale, les objets flottent lorsqu’ils ont une densité moyenne inférieure à celle de l’eau.

La densité moyenne fait référence à la masse d’un objet divisée par le volume total.

Lorsque la densité d’un objet est inférieure à la densité de l’eau, le navire flotte car la force de gravité vers le bas est inférieure à la force vers le haut exercée par le liquide.

Le pétrole flotte parce qu’il a une densité plus faible. En revanche, le plomb coule parce qu’il a une densité plus élevée.

Les navires de croisière peuvent flotter car ils ont une densité moyenne inférieure à celle de l’eau, grâce au grand volume d’air à l’intérieur de la coque.

Principe de flottabilité

Le principe de flottabilité stipule qu’un objet immergé dans un liquide est confronté à une force ascendante.

Lorsque la force ascendante est supérieure à la force de gravité, l’objet flotte. Si la force gravitationnelle est supérieure à la force ascendante exercée par le liquide, l’objet coule.

La façon la plus simple de comprendre la flottabilité est de penser à un sous-marin.

Les sous-marins ont des réservoirs de ballast qui se remplissent d’eau ou d’air. Le sous-marin flotte positivement lorsque les réservoirs sont pleins d’air. L’air a une densité inférieure à celle de l’eau, ce qui permet au sous-marin de flotter.

Lorsque les réservoirs sont remplis d’eau, le sous-marin coule. C’est parce que l’eau dans les réservoirs ne peut pas compenser la densité et le poids de l’acier. Un objet qui coule a une flottabilité négative.

Il est possible de remplir les ballasts avec suffisamment d’air et d’eau pour que le sous-marin ne monte ni ne coule. Dans cet état, le sous-marin a une flottabilité neutre.

Les bateaux ne fonctionnent pas de la même manière que les sous-marins. Les navires ne coulent pas, mais ils ne flottent pas entièrement non plus.

Alors que la majeure partie du navire se trouve au-dessus de la ligne de flottaison, une grande partie du navire est sous l’eau. La profondeur à laquelle un navire coule dépend de son poids et du poids qu’il transporte : pensez aux passagers, à l’équipage, à la cargaison, aux meubles, à la nourriture, etc.

Pour garantir la flottaison d’un navire, les architectes navals doivent calculer le poids qu’un bateau peut supporter sans s’approcher du point de flottabilité négative.

Nous devons ce calcul au principe d’Archimède.

Le principe d’Archimede

Selon la NASA, « le principe d’Archimède stipule que la force de poussée exercée sur un objet immergé est égale au poids du fluide déplacé par l’objet ».

En d’autres termes, lorsqu’un objet repose dans l’eau, il ressent une force ascendante égale au poids de l’eau qu’il repousse (déplace). Si le navire est trop lourd, l’eau déplacée n’atteindra jamais son poids et celui-ci coulera.

Lorsqu’un objet est immergé, la force de flottabilité rend l’objet plus léger qu’il ne le serait sur terre.

Les navires de croisière peuvent flotter tant qu’ils peuvent déplacer une quantité d’eau égale à leur masse.

La pression de l’océan qui pousse vers le haut contre la coque fait flotter le navire.

Fait amusant : comme l’eau douce a une densité inférieure à celle de l’eau salée, les navires sont assis plus bas dans les rivières et les lacs que dans l’océan.

Conception et flottement des navires

La structure et la conception d’un navire jouent un rôle important. Les navires de croisière sont conçus pour déplacer un volume égal à leur poids.

L’aspect le plus important de la conception est la coque. La coque est constituée d’une coque évidée, généralement en acier.

Les coquilles évidées contiennent suffisamment d’air pour réduire la densité moyenne du récipient, le rendant ainsi moins dense que l’eau.

De plus, alors que l’acier est principalement utilisé sur les ponts inférieurs, des matériaux plus légers tels que l’aluminium sont utilisés sur les ponts supérieurs. Le choix des matériaux contribue à maintenir la légèreté du navire et constitue l’une des raisons pour lesquelles les navires de croisière ne basculent pas.

La forme de la coque joue également un rôle essentiel dans le déplacement de l’eau. Les grands navires de croisière ont des coques en forme de U. La conception permet à l’eau de s’écouler du navire et permet un plus grand déplacement de l’eau.

Les coques à fond rond réduisent également la traînée et offrent aux passagers une conduite plus stable, ce qui contribue à prévenir le mal de mer.

Mais ce n’est pas tout. Les architectes navals doivent également tenir compte du poids des moteurs, des passagers, de l’équipage, du fret, etc. La combinaison du navire et de tout ce qu’il transporte doit avoir une densité inférieure à celle de l’eau pour flotter.

Vous avez peut-être remarqué que les marquages ​​des navires sont proches de la ligne de flottaison. Le marquage s’appelle la ligne Plimsoll, du nom de son inventeur Samuel Plimsoll.

Selon le National Ocean Service, la « ligne Plimsoll est une marque de référence sur la coque d’un navire qui indique la profondeur maximale à laquelle le navire peut s’immerger en toute sécurité lorsqu’il est chargé de marchandises. “

La profondeur varie en fonction de la construction du navire, de sa taille, du type de cargaison, de la densité de l’eau et de la période de l’année.

Autres applications de la flottabilité

Les principes de flottabilité ne s’appliquent pas seulement aux navires. Voici quelques exemples de flottabilité au travail :

• Sous-marins : Les sous-marins contrôlent la flottabilité à l’aide de réservoirs de ballast. Lorsque le réservoir est plein d’eau, le sous-marin peut couler sous la surface pendant de longues périodes. En vidant les réservoirs, l’air présent dans le ballast permet au sous-marin de remonter à la surface.
• Montgolfières: Les montgolfières utilisent les principes de la flottabilité pour flotter dans le ciel. L’air chaud qui remplit le ballon est moins dense que l’air ambiant, permettant au ballon de flotter. Lorsque l’air chaud est libéré, le ballon s’abaisse lentement jusqu’au sol.
• Gilets de sauvetage: Les gilets de sauvetage sont des outils de sécurité essentiels utilisés pour prévenir la noyade. Le gilet est fait de matériaux légers qui diminuent la densité totale du porteur.
• Nageurs : Les nageurs peuvent flotter grâce à l’air présent dans leurs poumons. L’air agit comme un ballon lorsque les poumons sont pleins, permettant ainsi au nageur de flotter.

Qu’est-ce qui a causé le naufrage du Titanic ?

Bien que de nombreux navires aient coulé, aucun n’est plus célèbre que le Titanic. À l’époque, le Titanic était le navire le plus grand et le plus rapide du monde.

Alors, qu’est-ce qui a causé le naufrage du Titanic ?

Dans la nuit du 14 avril 1912, le Titanic heurte un iceberg au large de Terre-Neuve. L’entaille sur le côté de la coque a fait prendre l’eau au navire. Comme nous le savons, l’eau a augmenté la densité du navire, le faisant couler dans l’Atlantique Nord.

Il existe plusieurs théories expliquant pourquoi le Titanic a heurté l’iceberg. Certaines personnes prétendent que le capitaine voyageait trop vite pour naviguer en toute sécurité sur les eaux glacées. Une autre théorie prétend que l’opérateur radio du Titanic a ignoré un avertissement concernant le champ de glace provenant du navire voisin, le Californian.

Quelles que soient les circonstances, le navire a finalement coulé en prenant l’eau. Au fur et à mesure que le navire prenait l’eau, sa densité moyenne augmentait jusqu’à ce qu’il ne puisse plus flotter.