Miért függ egy testre ható felhajtóerő a test által kiszorított térfogattól?

Még mielőtt a háborúban szegény kérdező elveszik teljesen, íme, minden különös fizikai magyarázat nélkül a jelenség lényege:

Amikor vízbe teszel valamit, akkor munkát kell végezned.

Na de miért?

Honnan származik ez a titokzatos erő, ami felfelé nyomja a vízbe mártott testet?

Egyszerű.

Azzal, hogy belenyomsz valamit a vízbe, a víz szintjét egyúttal meg is kell emelned. Hogy ez egy kád, vagy mosdókagyló, mindegy.

Pontosan annyi vizet kell megemelned, amennyi a vízbe mártott test térfogata.

Nézz rá a víz felszínére, és ha nem az óceánba dugsz valamit, hanem megfelelő méretű eszközökkel hajtod végre a kísérletet, látni fogod, hogy a vízszint emelkedik.

Például tegyél egy teniszlabdát a vízzel teli mosdókagylóba.

Egyelőre ne foglalkozz azzal, hogy a teniszlabda nagyon fel szeretne jönni, egy ugyanakkora vasgolyó meg azonnal lesüllyedne, csak vizsgáld meg, ahogy a víz szintje megemelkedik.

Ha nem azt nézed, hogy erre a testre hat egy "ismeretlen" erő, hanem azt, hogy Te tulajdonképpen vizet emelgetsz, máris érted, miért hat felfelé irányuló erő arra a testre, amit a vízbe merítesz. Igen, még a vasgolyóra is.

Azért, mert a vízre hat a gravitáció.

Ha most a maradék vízre nem egy halom folyadékként tekintesz, hanem egy serpenyős mérlegként, máris minden világossá válik.

Mennyivel is emelkedik a víz szintje? Annyival, amennyi a bele merülő test térfogata.

Fogjuk meg ezt a vízmennyiséget, és tegyük képzeletben a mérleg egyik serpenyőjére. A másikra pedig tegyük a tárgyat.

Ha a víz a nehezebb, a tárgy lebegni fog a víz tetején.

Ha a tárgy a nehezebb, ő győz, és el fog süllyedni.

Ha a teniszlabdát vesszük, az egy kicsit belemerül a vízbe.

Ha pingponglabdát, az szinte semmit sem fog elmerülni.

Miért?

Mert a teniszlabda egyensúlyban tartásához több vízre van szükség, mint a pingponglabdához. Mindkét tárgy könnyebb a víznél egészében (tehát a levegővel a belsejükben), ezért fognak úszni a tetején.

Egy vasgolyó már nem úszik, mert a vas nehezebb a víznél, így az felemeli azt a fél pohárnyi vizet könnyedén. Itt jön képbe a sűrűség. ami sűrűbb a víznél, az elsüllyed, ami ritkább, az fennmarad.

Na de miért úsznak a hajók? Azok vasból vannak!

Igen, de "üregesek", pont úgy, mint a teniszlabda. Ha összenyomod a teniszlabdát laposra, az el fog süllyedni, mert a gumi, amiből készült, az már nehezebb a víznél. Ugyanez a helyzet a hajóknál is: ha tömör vasból lennének, elsüllyednének, de bennük levegő is van, így az együttes sűrűségük már ritkább a víznél.

Tehát: hogyan fog egy vasból készült tárgy úszni a vízen?

Úgy, ha az üreges, és elég vékony a fala, tehát elég levegő van benne. Ki is próbálhatod: fogj egy fémpoharat (bögrét pl.), zárd le a tetejét vízhatlanul (pl. húzz rá egy kotont) :) és máris úszik a vasból (vagy más fémből) készült tárgyad a víz felszínén!

Ha maradt még kérdés, ne fogd vissza magad.