Mit jelent pontosan a fizikában a felhajtóerő?

Az az erő, ami a tőle kisebb sűrűségű közegbe tett tárgyra függőleges erővel hat.

Ennek a nagysága megegyezik a tárgy által kiszorított víz/levegő nagyságával. (Így lehet lebegni a vízben, hogy a tested olyan sok vizet kiszorít, ami nehezebb, mint a tested, ezért fenntart a víz.)

Erre jó példa egy lufi, amiben hélium van, ami jóval kisebb sűrűségű, mint a levegő, így felfelé akar szállni. De ha ezt a lufit víz alá teszed, akkor még nagyobb felhajtóerő fog hatni rá, mert a víz még sűrűbb. (A sűrűség azt mutatja meg, hogy az adott anyagból egy adott térfogatú rész milyen nehézségű)

A felhajtóerő akkor szűnik meg, ha olyan közegbe teszed a tárgyat, aminek a sűrűsége ugyanolyan, mint a tárgy átlagos sűrűsége.

Az előző válasz súlyosan pontatlan:

A felhajtóerő MINDIG hat, amikor folyékony/légnemű közegbe helyezel egy testet (függetlenül attól, hogy melyiknek mekkora a sűrűsége). A felhajtóerő nem szűnik meg, ha a sajátjával azonos átlagsűrűségű közegbe teszed a tárgyat. Az történik, hogy a felhajtóerő egyenlő lesz a testre ható nehézségi erővel (amit a gravitáció okoz), így a két erő kiegyenlíti egymást.

A felhajtóerő mindig felfelé hat, értéke V*rho_k*g, ahol V a test térfogata, rho a közeg sűrűsége, g a nehézségi gyorsulás. (Tehát a kiszorított folyadék súlya.)

A nehézségi mindig lefelé hat, értéke m*g, ahol m a test tömege - viszont m=V*rho, ahol V a test térfogata, rho az átlagsűrűsége. Tehát a nehézségi erő (a test súlya) V*rho*g.

A két képletet nagyon hasonló, összevetve őket nyilvánvaló az, amit az 1. válaszoló is mondott:

Ha a közeg átlagsűrűsége kisebb, mint a testté, a két erő összege lefelé fog hatni, mert a nehézség erősebb lesz.

Ha a közeg átlagsűrűsége nagyobb, akkor a felhajtóerő lesz a nagyobb.

Ha a két sűrűség egyenlő, az erők kiegyenlítik egymást, és a test lebeg.

Példa I.: héliumos lufi.

A léggömb gumijának és a benne lévő héliumnak van egy súlya. Ez kisebb, mint a kiszorított levegő súlya (tehát egy léggömbnyi levegőé), így a két erő összege felfelé hat.

Viszont ha levegővel lenne tele a lufi, akkor lefelé hat a lufi súlya, ami nagyobb, mint egy léggömb térfogatnyi levegő súlya (mert a lufi gumija nagyobb sűrűségű a levegőnél) - ezért lefele fog zuhanni a léggömb.

Példa II.: hajó

Látszik, hogy "lebeg" tehát egyensúlyban van a felhajtóerő és a nehézségi erő.

A hajótest egy része víz alatt van. Így kiszorít valamennyi vizet: pont annyit, ha a hajó teljes vízszint alatti részét (beleértve a levegőt és a hajó vázát alkotó fémet/fát is) kicserélnénk vízre. Ennek a vízmennyiségnek a súlya pont akkora, mint a teljes hajóé.

Hogy lehetséges ez? Úgy, hogy a hajó erősen üreges, ezért átlagsűrűsége mégis kisebb, mint a vízé - hiába van a víznél nagyobb sűrűségű anyagból, a benne lévő levegő ellensúlyozza ezt.

(Megjegyzés: a hajó vízszint feletti része pedig levegőt szorít ki, viszont a levegő sűrűsége olyan alacsony, hogy szinte elenyésző a belőle származó felhajtóerő.)

Példa III.: úszó jéghegy

Egy jéghegynek mindig kb. 90%-a van víz alatt: mert a jég sűrűsége pont 0.9-szerese a vízének, így a jéghegy térfogata 90%-ának megfelelő vízzel egyenlő a jéghegy súlya. Így van egyensúlyban a jéghegy súlya és a rá ható felhajtóerő. Innen jön "a jéghegy csúcsa" szólás.

Valóban attól függ a válasz, mit és milyen mélységben szeretnél megérteni.

A testekre általában nagyon sokféle erő hat, aminek nagyon sok oka lehet. A mi szempontunkból döntő a gravitációs erő és következményei. A lényegi válasz #3-ban olvasható. Egy adott közeg részecskéire hat a gravitációs erő, ezáltal a közeg részecskéi meghatározott erőt gyakorolnak az alattuk lévő közegre, vagyis a különböző magasságokban eltérők a nyomásviszonyok. Ebből következik, hogy a közegbe helyezett szilárd test (amelynek térfogata van) különböző pontjaira eltérő erők hatnak, amelyek eredője (#3-ban leírt módon) felfelé mutat. Ezt az eredő erőt nevezzük felhajtóerőnek. Működésére számos példát láthatunk, mint más válaszokban leírták. Sőt ezen az elven alapulnak a (nem sugárhajtású) repülőgépek is.