Wzór na siłę wyporu (F = ρgV)

Wzór na siłę wyporu

Co oznaczają poszczególne symbole?

Jak to działa?

Kiedy wrzucasz przedmiot do wody, wypiera on pewną objętość płynu. Płyn „chce" wrócić na swoje miejsce i wypycha ciało ku górze — to właśnie siła wyporu. Im większa objętość zanurzonego ciała i im gęstszy płyn, tym większa siła wyporu.

Jeśli siła wyporu F jest większa niż ciężar ciała — ciało wypływa na powierzchnię (np. drewno na wodzie). Jeśli mniejsza — ciało tonie (np. kamień). Jeśli równa — ciało unosi się w płynie (np. łódź podwodna na żądanej głębokości).

Zastosowania w praktyce

• Budowa statków — kadłub statku ma dużą objętość, więc wypiera ogromną ilość wody. Dzięki temu nawet stalowy statek o masie tysięcy ton utrzymuje się na powierzchni.
• Łodzie podwodne — regulują swoją pływalność, napełniając lub opróżniając zbiorniki balastowe wodą. Zmiana objętości wypartej wody pozwala zanurzać się lub wypływać.
• Balony i sterowce — hel ma mniejszą gęstość niż powietrze, więc balon wypełniony helem doświadcza siły wyporu w powietrzu i unosi się.
• Hydrometry (areometry) — przyrządy do pomiaru gęstości cieczy. Im gęstsza ciecz, tym wyżej unosi się areometr, bo siła wyporu jest większa.
• Pływanie — człowiek unosi się w wodzie morskiej łatwiej niż w słodkiej, bo słona woda ma większą gęstość (ρ). W Morzu Martwym gęstość jest tak duża, że trudno się zanurzyć.
• Sprawdzanie czystości metali — dokładnie tak, jak zrobił to Archimedes, sprawdzając koronę króla Hierona. Porównując objętość wypartej wody ze znaną masą, można obliczyć gęstość przedmiotu.

Kto go odkrył?

Wzór wynika z prawa Archimedesa, sformułowanego ok. 250 r. p.n.e. przez Archimedesa z Syrakuz. Jest to jedno z najstarszych i najważniejszych praw fizyki, stanowiące fundament hydrostatyki.

Przykład obliczeniowy

Stalowa kula o objętości 0,01 m³ zanurzona w wodzie:

Siła wyporu wynosi 98,1 N, czyli ok. 10 kg. Masa kuli stalowej o tej objętości to ok. 78 kg — więc kula tonie, ale waży w wodzie „tylko" ~68 kg.