Har du någonsin undrat varför vissa föremål flyter medan andra sjunker? Visste du att varje föremål i en vätska utsätts för en uppåtgående kraft från vätskan? Låt oss gräva i och ta reda på mer.
LÄRANDEMÅL
I slutet av detta ämne förväntas du;
INTRODUKTION
Alla föremål i en vätska upplever en uppåtriktad kraft från vätskan oavsett om de är nedsänkta eller flytande. Denna uppåtriktade kraft kallas uppåtkraften . Upthrust-kraften kallas också för flytkraften och den betecknas med bokstaven "u".
ARKIMEDES PRINCIP
En grekisk vetenskapsman vid namn Archimedes genomförde de första experimenten för att mäta uppströmningen på ett föremål i vätska. Arkimedes-principen säger att "när en kropp är helt nedsänkt i en vätska, upplever den en uppåtgående kraft som är lika med vikten av den förskjutna vätskan".
När ett fast ämne är nedsänkt i en vätska kommer uppströmningen på detta fasta ämne att vara lika med vikten av det undanträngda vattnet.
Till exempel är ett metallblock vars volym är 60 cm 3 och väger 4,80N i luften nedsänkt i en vätska. Bestäm vikten av blocket när det är helt nedsänkt i en vätska som har en densitet på 1 200 kgm -3 .
Lösning
Volymen av den undanträngda vätskan = 60 cm 3 = 6,0 × 10-5 m 3 .
Vikten av den undanträngda vätskan = volym x densitet 6,0 × 10 -5 × 1200 × 10 = 0,72 N
Upthrust = vikten av den undanträngda vätskan. Blockets vikt i vätska = 4,80 – 0,72 = 4,08 N
FLYTANDE FÖREMÅL
Föremål som flyter i vätskor är mindre täta än de vätskor som de flyter i. Förhållandet mellan vikten av den undanträngda vätskan och kroppens vikt kan bestämmas.
Vikten av den undanträngda vätskan är lika med vikten av ett block i luften. Detta är förenligt med flottningslagen som säger att "en kropp förskjuter sin egen vikt". Detta samband kan representeras matematiskt som visas nedan;
Vikt = volym x densitet x gravitation = v × ρ × g
W = vd × ρ × g där vd är volymen av den undanträngda vätskan.
Observera att flytning är en speciell typ av Arkimedes-principen. Detta beror på att en flytande kropp sjunker tills uppgången är lika med kroppens vikt.
RELATIV DENSITET
Relativ densitet har fastställts som förhållandet mellan densiteten av ett ämne och densiteten av vatten. Enligt lagen om flytning, förskjuter ett föremål en vätska som är lika med sin egen vikt, därför kan följande matematiska uttryck fastställas.
Relativ densitet = \(\frac{\textrm{ density of substance}}{\textrm{density of water}}\) = \(\frac{\textrm{weight of substance}}{\textrm{weight of equal }volume of water}\) = \(\frac{\textrm{mass of substance}}{\textrm{mass of equal volume of water}}\)
TILLÄMPNINGAR AV RELATIV DENSITET OCH ARKIMEDESPRINCIPEN
1. Fartyg . Undrar du någonsin varför en järnnål omedelbart sjunker i vatten men inte ett stort skepp? Svaret är Arkimedes princip. Spiken sjunker eftersom vikten av det undanträngda vattnet är mindre än nålens - järnets densitet är större än vattnets. Arkimedes princip tillämpas vid byggande av fartyg. Stora delar av fartyget lämnas ihåligt för att få fartyget att väga mindre än undanträngt vatten. En flytkraft med en storlek som är lika med det undanträngda vattnet håller fartyget flytande.
2. Ubåtar . En ubåt kan flyta på vatten och den kan också vara nedsänkt. Detta uppnås av ballast och komprimerade tankar. När ballasttanken är fylld med vatten är ubåten nedsänkt. Detta beror på att det har en högre densitet än det undanträngda vattnet. När vattnet i ballasttanken drivs ut, med hjälp av den komprimerade tanken, sjunker ubåtens densitet mindre än densiteten av undanträngt vatten. Därför kan ubåten flyta.
3. Varmluftsballonger . Ballongen stiger i luften när luften som omger ballongen har större vikt än ballongen. När vikten är lika förblir ballongen stillastående.
4. Hydrometrar . Detta är ett instrument som används för att mäta vätskors specifika vikt eller vikt. Den består av ett ihåligt glasrör med en bredare basformad glödlampa och är förseglad från båda ändar. Nivån på hydrometern som är nedsänkt i en vätska och vatten som undanträngts av hydrometern mäts för att få en vätskas specifika vikt. Om hydrometern sjunker djupare visar den att provjorden har mindre specifik vikt.
