Sisältö
Kaikki nesteet ovat nesteitä, mutta mielenkiintoisella tavalla kaikki nesteet eivät ole nesteitä. Mikä tahansa, mikä voi virtata, kuten kaasu, on nestettä ja voi luoda kelluvaa voimaa. Kelluvuus syntyy, kun esineen alla olevat korkeamman paineen alueet kohdistavat voimaa ylöspäin kohti alemman paineen alueita. Nesteen kohdistaman kelluvan voiman määrän määrää kuitenkin esineiden tilavuus ja Archimedes-periaatteen mukaisesti.
Pascal ja paine
Ennen kuin ymmärrät kuinka nestepaine-erot voivat vaikuttaa kelluvuuteen, sinun on ensin ymmärrettävä, kuinka paine käyttäytyy nesteissä. Pascals-periaatteen mukaan paineen muuttuessa missä tahansa paikassa suljetussa järjestelmässä paineen muutos tuntuu tasaisesti järjestelmän kaikissa kohdissa ja kaikkiin suuntiin. Tämä periaate mahdollistaa hydraulijärjestelmien toiminnan. Se myös määrää, että nestekappaleessa, jossa ei ole muita paineeseen vaikuttavia tekijöitä, paine pysyy vakiona ja tasaisena. Maapallolla on kuitenkin yleensä ainakin yksi muu voima, joka aiheuttaa nesteen paineen vaihtelun, ja että voima on painovoima.
Syvyys ja ero
Painovoima vetää alaspäin kaiken suhteen, jolla on massa. Siksi, kun painovoima vetää alaspäin nestekappaleesta, kehon yläosissa olevan nesteen paino kasvaa alaosien nesteelle, jolloin syntyy luokan kasvava paine, kun liikutat alaspäin nesteen sisällä. Esimerkiksi, jos sukellat syvälle järveen, tunnet kasvavan painostuksen korvissasi - ja ehkä jopa kehoasi vastaan - mitä syvemmälle sukellat. Jos lopetat uinnin alaspäin, korkeampi alla oleva paine työntää sinut takaisin ylöspäin alemman paineen alueelle. Tällä tavoin painovoima on luonut paineen dynaamisen, joka määrää, että upotetun esineen alla on aina suurempi paine kuin sen yläpuolella.
Archimedes ja määrä
Kreikkalainen filosofi ja matemaatikko Archimedes otti tämän paineen ymmärtämisen askeleen pidemmälle ja teki järkevää syystä miksi neste kohdistaa tiettyyn määrään ylöspäin suuntautuvaa voimaa esineeseen ja aiheuttaa sen, että se joko nousee ja kelluu tai antaa sen uppoaa. Hän totesi, että ylöspäin suuntautuva voima oli yhtä suuri kuin veden paino, jonka upotettu esine syrjäytti. Esimerkiksi vesi painaa yhden gramman kuutiometriä kohti. Jos upotat palloa, jonka tilavuus on 25 kuutiometriä, olet syrjäyttänyt 25 grammaa vettä. Siksi tuloksena oleva palloon kelluva voima on 25 newtonia (Newtonit ovat yksiköitä, jotka mittaavat voiman). Tämä kelluva voima perustuu aina syrjäytetyn veden massaan, ei esineen massaan.
Tiheys päätöksentekijänä
Tiheys on viime kädessä se tekijä, joka määrittää, kelluuko esine kelluakseen, uppoutuko vai pysyykö se nesteessä neutraalisti kelluvana. Esimerkiksi, jos tämä 25 kuutiometrin pallo on ontto ja täynnä ilmaa, se on kevyempi kuin 25 grammaa vettä, jonka se on syrjäyttänyt, ja kelluu. Jos pallo on valmistettu tiheämmästä materiaalista, kuten raudasta, se voi olla paljon raskaampi ja uppoaa nopeasti vesimuodostuman pohjaan. Jos kuitenkin upotat palloa, joka painaa tarkalleen 25 grammaa, vetovoima ei aja sitä pintaan, vaan vain estää sitä vajoamasta. Tämä pallo pysyy neutraalisti kelluvana nesteen rungossa, kunnes siihen vaikuttaa ulkoinen voima.