יש דברים שצפים ויש דברים ששוקעים
זרקו למים פקק שעם, אבן קטנה וקוביית קרח. פקק השעם צף גבוה, הקרח צף נמוך כשרובו מתחת למים, והאבן יורדת ישר לקרקעית. זה לא עניין של משקל בלבד: בול עץ ענק צף, ואבן קטנטנה שוקעת.
מה שמכריע הוא הצפיפות: כמה מסה דחוסה בכל פיסת מקום. במים יש 1,000 קילוגרם בכל מטר מעוקב. בשעם יש בערך רבע מזה, באורן בערך חצי, ובפלדה כמעט פי שמונה.
הדחיפה מלמטה
כל גוף שנמצא בנוזל נדחף כלפי מעלה. הנוזל לוחץ על כל מה שבתוכו, והלחץ גדל ככל שיורדים עמוק יותר, ולכן הדחיפה על הצד התחתון של הגוף חזקה מהדחיפה על החלק העליון שלו. ההפרש הוא כוח כלפי מעלה שנקרא כוח הציפה.
לפני כ־2,200 שנה מצא ארכימדס מסירקוזה מה גודלו של הכוח הזה. הוא שווה למשקל הנוזל שהגוף דוחק מדרכו. הכניסו גוף למים, והמפלס עולה; המים שנאלצו לפנות לו מקום היו שוקלים בדיוק כמו הדחיפה כלפי מעלה.
נסו: בחרו אורן, ואז בחרו פועל תחת הצגת הכוחות. הקובייה שוקעת עד שחץ כוח הציפה הכחול משתווה לחץ המשקל. הגוש הכחול מסמן את המקום שהיא לקחה מהמים, והשכבה הכחולה מראה כמה עלו המים. בשניהם יש אותו נפח.
ציפה היא איזון
קובייה קלה ממים שוקעת רק עד שהמים שהיא דחקה שוקלים כמו הקובייה כולה. אז הכוחות מתאזנים והיא צפה. לכן קל לחזות איזה חלק ממנה נמצא מתחת למים: זו צפיפות הקובייה חלקי צפיפות הנוזל. אורן, בצפיפות של 500 kg/m³, צף כשחציו מתחת למים. קרח, בצפיפות של 917, צף כשכתשע עשיריות ממנו מתחת למים, ולכן רוב הקרחון מוסתר מהעין.
קובייה צפופה יותר מהנוזל לעולם לא תדחק מספיק נוזל כדי לאזן את משקלה, גם כשהיא שקועה כולה. היא שוקעת, והרצפה מספקת את שאר הדחיפה כלפי מעלה.
גודל הקובייה משנה את גובה העלייה של המים, אבל לא את החלק ממנה שנמצא מתחת למים. שנו את גודל הקובייה וצפו.
גם הנוזל חשוב
אותה קובייה צפה אחרת בנוזלים שונים. מי ים צפופים בכ־2.5% ממים מתוקים בגלל המלח המומס בהם, ולכן ספינה שטה מעט גבוה יותר בים מאשר בנהר; על ספינות משא צבוע סימן שמראה עד איזה עומק מותר להן לשקוע בבטחה בכל סוג של מים. שמן בישול קל ממים, ולכן דברים שוקעים בו עמוק יותר. כספית, מתכת נוזלית, צפופה פי 13.5 ממים: אלומיניום ואפילו פלדה צפים עליה, ורק משהו צפוף כמו זהב או פלטינה שוקע בה.
כך ספינת פלדה צפה. היא לא עשויה פלדה מלאה, אלא היא קליפה חלולה מלאה באוויר, ולכן הספינה בכללותה צפופה הרבה פחות ממים. כדי לצלול ולעלות חזרה, צוללת מציפה מכלים במים או מנשבת לתוכם אוויר עד שהם מתמלאים בו.
מה המודל הזה משאיר בחוץ
הסצנה משתמשת בצפיפויות אופייניות: סוגי עץ, שמנים ומי ים אמיתיים שונים מהן בכמה אחוזים, וצפיפות הנוזלים משתנה מעט עם הטמפרטורה. היא מראה קובייה מלאה שנשארת זקופה; גופים צפים אמיתיים יכולים להיטות ולהתהפך עד שהם מוצאים תנוחה יציבה. היא מתעלמת ממתח הפנים, שמאפשר למחט או לחרק לנוח על המים בלי לצוף במובן הזה, והיא לא ממדלת את זרימת הנוזל כשהקובייה זזה, אלא רק כמה אדוות להמחשה.