Innehåll
Alla vätskor är vätskor, men intressant är att inte alla vätskor är vätskor. Allt som kan flyta - till exempel en gas - är en vätska och kan skapa en kraftig kraft. Uppspänning orsakas när områden med högre tryck under ett föremål utövar kraft uppåt mot områden med lägre tryck. Mängden flytande kraft som en vätska utövar bestäms emellertid av objektets volym och enligt Archimedes-principen.
Pascal och tryck
Innan du kan förstå hur skillnader i vätsketryck kan påverka flytkraft måste du först förstå hur trycket fungerar i vätskor. Pascals-principen säger att när tryck förändras på någon plats i ett stängt system kommer den tryckförändringen att kännas lika vid varje punkt inom det systemet och i alla riktningar. Denna princip är den som gör att hydraulsystem kan fungera. Det dikterar också att i en vätskekropp där det inte finns några ytterligare faktorer som påverkar trycket, kommer trycket att förbli konstant och jämnt. På jorden finns emellertid vanligtvis åtminstone en annan kraft som orsakar en variation i vätskans tryck, och den kraften är tyngdkraften.
Djup och skillnad
Tyngdekraften drar neråt allt som har massa. Därför, när tyngdkraften drar nedåt på en vätskekropp, väger vätskans vikt i kroppens övre delar på vätskan i de nedre delarna, vilket skapar en grad av ökande tryck när du rör dig nedåt i den vätskan. Om du till exempel dyker djupt i en sjö kommer du att känna ett ökande tryck i öronen - och kanske till och med mot din kropp - ju djupare du dyker. Om du slutar simma nedåt, kommer det högre trycket under dig att skjuta dig tillbaka upp mot området med lägre tryck. På detta sätt har tyngdkraften skapat en tryckdynamik som dikterar att det alltid kommer att finnas större tryck under ett nedsänkt föremål än ovanför det.
Archimedes och belopp
Den grekiska filosofen och matematikern Archimedes tog denna förståelse av trycket ett steg längre och gav mening av varför en vätska tillämpar en viss mängd uppåtkraft på ett föremål och får den antingen att stiga och flyta eller låter den sjunka. Han bestämde att den uppåtgående kraften var lika med vikten på det vatten som förskjutits av det nedsänkta föremålet. Vatten väger till exempel ett gram per kubikcentimeter. Om du sänker en boll med en volym på 25 kubikcentimeter har du förskjutit 25 gram vatten. Därför kommer den resulterande flytande kraften på den bollen att vara 25 Newton (Newton är enheter som mäter kraft). Denna flytande kraft är alltid baserad på massan hos det fördrivna vattnet, dock inte på objektets massa.
Densitet som avgörare
Densitet är i slutändan den faktor som avgör om ett objekt flyter, sjunker eller förblir neutralt flytande i en vätska. Till exempel, om den 25 kubikcentimeterkulan är ihålig och fylld med luft, kommer den att vara lättare än de 25 gram vatten som den har förskjutit och flyter. Om bollen är gjord av ett tätare material, som järn, kan det vara mycket tyngre och sjunka snabbt till botten av vattnet. Om du sänker en boll som väger exakt 25 gram, kommer den flytande kraften emellertid inte att driva den upp till ytan utan helt enkelt hålla den från att sjunka. Denna boll kommer att förbli neutralt flytande i vätskans kropp tills den påverkas av en yttre kraft.