Heb je je ooit afgevraagd waarom sommige objecten drijven terwijl andere zinken? Wist je dat elk voorwerp in een vloeistof een opwaartse kracht ondervindt van de vloeistof? Laten we erin duiken en meer te weten komen.
LEERDOELEN
Aan het einde van dit onderwerp wordt van u verwacht dat u;
INVOERING
Alle objecten in een vloeistof ervaren een opwaartse kracht van de vloeistof, of ze nu ondergedompeld zijn of drijven. Deze opwaartse kracht wordt de opwaartse kracht genoemd. Opwaartse kracht wordt ook wel de opwaartse kracht genoemd en wordt aangeduid met de letter "u".
HET PRINCIPE VAN ARCHIMEDES
Een Griekse wetenschapper, Archimedes genaamd, voerde de eerste experimenten uit om de opwaartse kracht op een object in vloeistof te meten. Het Archimedes-principe stelt dat "wanneer een lichaam volledig is ondergedompeld in een vloeistof, het een opwaartse kracht ervaart die gelijk is aan het gewicht van de verplaatste vloeistof".
Wanneer een vaste stof wordt ondergedompeld in een vloeistof, zal de opwaartse druk op deze vaste stof gelijk zijn aan het gewicht van het verplaatste water.
Een metalen blok met een volume van 60 cm 3 en een gewicht van 4,80 N in de lucht wordt bijvoorbeeld ondergedompeld in een vloeistof. Bepaal het gewicht van het blok wanneer het volledig is ondergedompeld in een vloeistof met een dichtheid van 1.200 kgm -3 .
Oplossing
Volume van de verplaatste vloeistof = 60 cm 3 = 6,0 × 10 -5 m 3 .
Gewicht van de verplaatste vloeistof = volume x dichtheid 6,0 × 10 -5 × 1200 × 10 = 0,72 N
Upthrust = gewicht van de verplaatste vloeistof. Gewicht van het blok in vloeistof = 4,80 – 0,72 = 4,08 N
DRIJVENDE OBJECTEN
Voorwerpen die in vloeistoffen drijven, hebben een lagere dichtheid dan de vloeistoffen waarin ze drijven. De verhouding tussen het gewicht van de verplaatste vloeistof en dat van het lichaam kan worden bepaald.
Het gewicht van de verplaatste vloeistof is gelijk aan het gewicht van een blok in de lucht. Dit is in overeenstemming met de floatation law die stelt dat “een lichaam zijn eigen gewicht verplaatst”. Deze relatie kan wiskundig worden weergegeven, zoals hieronder weergegeven;
Gewicht = volume x dichtheid x zwaartekracht = v × ρ × g
W = vd × ρ × g waarbij vd het volume van de verplaatste vloeistof is.
Merk op dat floaten een speciaal soort Archimedes-principe is. Dit komt omdat een drijvend lichaam zinkt totdat de opwaartse kracht gelijk is aan het gewicht van het lichaam.
RELATIEVE DICHTHEID
De relatieve dichtheid is vastgesteld als de verhouding tussen de dichtheid van een stof en de dichtheid van water. Volgens de wet van het drijven verplaatst een object een vloeistof die gelijk is aan zijn eigen gewicht. Daarom kunnen de volgende wiskundige uitdrukkingen worden vastgesteld.
Relatieve dichtheid = \(\frac{\textrm{ density of substance}}{\textrm{density of water}}\) = \(\frac{\textrm{weight of substance}}{\textrm{weight of equal }volume of water}\) = \(\frac{\textrm{mass of substance}}{\textrm{mass of equal volume of water}}\)
TOEPASSINGEN VAN RELATIEVE DICHTHEID EN HET ARCHIMEDES-PRINCIPE
1. Schepen . Vraag je je wel eens af waarom een ijzeren naald direct in het water zinkt en een groot schip niet? Het antwoord is het principe van Archimedes. De spijker zinkt omdat het gewicht van het verplaatste water kleiner is dan dat van de naald - de dichtheid van ijzer is groter dan die van water. Het principe van Archimedes wordt toegepast bij het bouwen van schepen. Grote delen van het schip zijn hol gelaten om het schip minder te laten wegen dan verplaatst water. Een opwaartse kracht met een grootte gelijk aan het verplaatste water houdt het schip drijvend.
2. Onderzeeërs . Een onderzeeër kan op water drijven en kan ook worden ondergedompeld. Dit wordt bereikt door de ballast- en gecomprimeerde tanks. Wanneer de ballasttank met water is gevuld, is de onderzeeër ondergedompeld. Dit komt omdat het een hogere dichtheid heeft dan het verplaatste water. Wanneer het water in de ballasttank wordt verdreven, met hulp van de gecomprimeerde tank, daalt de dichtheid van de onderzeeër minder dan de dichtheid van verplaatst water. Daarom kan de onderzeeër drijven.
3. Heteluchtballonnen . De ballon stijgt in de lucht wanneer de lucht rond de ballon zwaarder is dan de ballon. Bij gelijk gewicht blijft de ballon stil staan.
4. Hydrometers . Dit is een instrument dat wordt gebruikt voor het meten van het soortelijk gewicht of de zwaartekracht van vloeistoffen. Het bestaat uit een holle buis van glas met een bredere bolvormige voet en is aan beide uiteinden afgedicht. Het niveau van de hydrometer dat is ondergedompeld in een vloeistof en het water dat door de hydrometer wordt verplaatst, wordt gemeten om het soortelijk gewicht van een vloeistof te krijgen. Als de hydrometer dieper zakt, toont dit aan dat de monstergrond minder soortelijk gewicht heeft.
