แรงผลักดันคือ บังคับของเหลวออกสู่ร่างกายที่จมอยู่ใต้น้ำ. แรงนี้มีทิศทางแนวตั้งและทิศทางขึ้น และสอดคล้องกับน้ำหนักของปริมาตรของของเหลวที่วัตถุเคลื่อนตัวออกไป
การมีอยู่ของแรงนี้อธิบายความผันผวนของร่างกายในน้ำ เช่น ภูเขาน้ำแข็งขนาดใหญ่หรือเรือ และความรู้สึกที่วัตถุในน้ำดูเหมือนจะเบากว่าที่เป็นจริง
ปรากฏการณ์นี้ถูกอธิบายครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวกรีก อาร์คิมิดีส (287 ก. ค - 212 ก. ค) ซึ่งได้รับมอบหมายจากกษัตริย์ให้ตรวจสอบว่ามงกุฎของเขาทำด้วยทองคำบริสุทธิ์หรือมีองค์ประกอบอื่นๆ ปะปนอยู่หรือไม่ ด้วยเหตุนี้ แรงขับจึงเรียกอีกอย่างว่า หลักการของอาร์คิมิดีส.
ดูข้อความของหลักการนี้:
ทุกร่างที่แช่อยู่ในของเหลวจะได้รับแรงที่เรียกว่าแรงลอยตัว ซึ่งสอดคล้องกับน้ำหนักของปริมาตรของของเหลวที่ถูกแทนที่
ตามเรื่องราวบางเรื่อง อาร์คิมิดีสกำลังอาบน้ำเมื่อเขาได้ข้อสรุปว่าน้ำนั้นส่งแรงกระทำต่อร่างกายของเขา เมื่อกล่าวเช่นนั้น นักฟิสิกส์ก็กรีดร้องไปตามท้องถนน “ยูเรก้า ยูเรก้า!”ซึ่งในภาษากรีกหมายถึง "ค้นพบ"
เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ ยูเรก้า.
แรงผลักดันเกิดขึ้นได้อย่างไร?
เมื่อร่างกายจมน้ำ ของเหลวจะออกแรงกดทับ แรงดันที่กระทำที่ด้านล่างจะมากกว่าแรงดันที่กระทำที่ด้านบนเสมอ เพราะยิ่งความลึกมากเท่าใด แรงดันก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดูภาพด้านล่าง:
เราจึงต้อง แรงผลักดันเป็นผลมาจากความแตกต่างของแรงดันระหว่างด้านล่างและด้านบนของวัตถุ และมันเกิดขึ้นจากด้านล่างขึ้นด้านบนเนื่องจากแรงดันที่เพิ่มขึ้นที่ด้านล่างของวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำ
สูตรแรงขับ
ค่าของแรงขับจะเท่ากับน้ำหนักของปริมาตรของของเหลวที่ถูกแทนที่ นั่นคือ:
E = PDES
เมื่อพิจารณาว่าน้ำหนักนั้นเท่ากับผลคูณของมวลและความโน้มถ่วง (P = m.g) เรามี:
E = mDES. ก
ความหนาแน่นเป็นอัตราส่วนระหว่างมวลและปริมาตร (d = m/v) สูตรการลอยตัวคือ
E = dF. วีDES. ก
ที่ไหน:
- E = แรงขับ
- dF = ความหนาแน่นของของเหลว (kg/m3)
- วีFD = ปริมาตรของของไหลที่ถูกแทนที่ (m3)
- g = ความเร่งโน้มถ่วง (m/s2)
จากสูตรนี้ เราสามารถสรุปได้ว่าการลอยตัวขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของของไหล ปริมาตรของของไหลที่ถูกแทนที่ และความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง
แม้ว่าความดันจะมากขึ้นเมื่อความลึกเพิ่มขึ้น แรงลอยตัวไม่เพิ่มขึ้นเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ไปไกลถึงด้านล่างนี่เป็นเพราะแรงกดที่ด้านล่างและด้านบนของวัตถุเพิ่มขึ้นในการวัดเดียวกัน
ยังเข้าใจว่ามันคืออะไร การวัดปริมาตร.
น้ำหนักชัดเจน
เมื่อร่างกายจมอยู่ในของเหลว จะมีแรงกระทำ 2 อย่างคือ น้ำหนักและแรงลอยตัว น้ำหนักคือแรงที่กระทำในแนวตั้งและจากบนลงล่าง แรงลอยตัวคือแรงที่กระทำในแนวตั้งจากล่างขึ้นบน
การกระทำของแรงทั้งสองนี้ทำให้น้ำหนักของวัตถุที่จมอยู่ในของเหลวมีขนาดเล็กลง ซึ่งเราเรียกว่าน้ำหนักที่มองเห็นได้ น้ำหนักที่ปรากฏคำนวณโดยการลบแรงขับออกจากน้ำหนักจริง:
พีTHE = P - E
ร่างลอย
ความหนาแน่นเป็นคุณสมบัติที่ช่วยให้ร่างกายลอยหรือจมได้ ดูความเป็นไปได้:
- ความหนาแน่นของร่างกายมากกว่าความหนาแน่นของของเหลว: ร่างกายจะจม
- ความหนาแน่นของร่างกายน้อยกว่าความหนาแน่นของของเหลว: ร่างกายจะลอย
- ความหนาแน่นของร่างกายเท่ากับความหนาแน่นของของเหลว: ร่างกายถูกแช่และอยู่ในสมดุล
หมายเหตุ: โปรดทราบว่าการลอยตัวขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของของเหลว ไม่ใช่ความหนาแน่นของวัตถุ
เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ ความหนาแน่น.
ภูเขาน้ำแข็ง
ความผันผวนของภูเขาน้ำแข็งเป็นปรากฏการณ์ที่น่าสนใจในการทำความเข้าใจความหนาแน่นต่างๆ น้ำแข็งลอยอยู่บนน้ำเนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำกว่าน้ำที่เป็นของเหลว ในสถานะของเหลว ความหนาแน่นของน้ำทะเลคือ 1.03 กก./ลิตร และน้ำแข็งคือ 0.92 กก./ลิตร
เนื่องจากความแตกต่างระหว่างความหนาแน่นมีขนาดเล็ก ภูเขาน้ำแข็งส่วนใหญ่ยังคงจมอยู่ใต้น้ำ มีเพียงประมาณ 10% ของร่างกายเท่านั้นที่ลอยขึ้นจากน้ำ
ดูเพิ่มเติมที่ความหมายของ also กฎของนิวตัน, ความแข็งแกร่ง และ ภูเขาน้ำแข็ง.
