Prawo Archimedesa wynika z zasad i własności ciśnienia hydrostatycznego. Aby zrozumieć, czym jest, najłatwiej przypomnieć sobie, jakie uczucie towarzyszy nam przy wchodzeniu do basenu lub do wanny z wodą. Czujemy się wtedy lżejsi, a prawo Archimedesa udziela odpowiedzi, o ile czujemy się lżejsi (jaka jest siła wyporu).
Prawo Archimedesa - definicja
Definicja prawa Archimedesa brzmi: siła wyporu działająca na obiekt zanurzony w cieczy jest równa ciężarowi płynu wypartego przez to ciało. Siła wyporu ma ten sam kierunek, co siła ciężkości, ale przeciwny zwrot.
Prawo Archimedesa - wzór i wyjaśnienie
Dla przykładu, aby dowiedzieć się, o ile mniej ważymy po wejściu do wody, można nalać całą wannę wody (aż po same brzegi), następnie wejść do tej wanny. Ilość (ciężar) wody, jaka się wylała, jest dokładnie ciężarem, o jaki czujemy się lżejsi, pływając w basenie. Wartość tej siły zależy więc od objętości i gęstości cieczy, w jakiej znajduje się rozpatrywany obiekt, oraz od wartości przyspieszenia ziemskiego.
Wzór na siłę wyporu:
\(F_w= \varrho \cdot g \cdot V\)
gdzie:
\(F\) – siła wyporu [N],
\( \varrho \) – gęstość cieczy w której zanurzony jest obiekt, dla wody przyjmuje się średnio \(1000 \left [\dfrac{kg}{m^3}\right ]\),
\(g\) – przyspieszenie ziemskie przyjmuje sie \( 9,81 \: \left [ \dfrac{m}{s^2} \right ]\),
\(V\) – objętość obiektu zanurzona w cieczy \(\left [ m^3 \right ]\).
Podstawowe własności wynikające z wzoru:
- im większa gęstość cieczy tym większa siła wyporu i odwrotnie,
- im większa objętość badanego obiektu tym większa siła wyporu
Jeśli siła wyporu działająca na dany obiekt ma większą wartość niż siła grawitacji, to rozpatrywany obiekt będzie pływał (nie zatonie). W takim przypadku siła ciężkości jest równoważona przez siłę wyporu, regulacja tej równowagi polega na zanurzeniu części badanego obiektu. Część badanego obiektu znajdująca się pod powierzchnią wody tworzy siłę wyporu równą jego ciężarowi.
Jeśli siła wyporu danego ciała jest mniejsza niż jego ciężar, to ciało zatonie.
Jeśli siła wyporu zanurzonego ciała jest równa ciężarowi ciała, to nie będzie ono ani wypływać, ani tonąć - tak jak łódź podwodna będzie mogło utrzymać się na określonej głębokości.
Prawo Archimedesa można przełożyć również na gazy. Balony regulują swoją wysokość przez podgrzewanie, co powoduje zmianę ich ciężaru. Sterowce, podobnie jak łodzie podwodne, mają komory balastowe, w ten sposób regulują swoją gęstość przez np. wypuszczenie części gazu.
Prawo Archimedesa Wasze opinie