7 Termofysik: 7.1 Tryck
Lyftkraft
Har du försökt att hålla en badboll under vattnet, eller har du tänkt på hur lätt du känner dig när du ligger i ett badkar? Alla föremål som är helt eller delvis omgivna av vatten, eller någon annan vätska, utsätts för en lyftkraft. Att lyftkraften verkar lodrätt uppåt märker du väldigt tydligt om du släpper badbollen som du har pressat ned under vattenytan. Det är samma lyftkraft som verkar på ett fartyg och får det att flyta. Figur #7.6 # visar ett försök med lyftkraft.
#7.6# Vi låter en vikt hänga i en dynamometer. När vi sänker ner vikten i ett kärl med vatten, ser vi att utslaget på dynamometern blir mindre.
#7.7# Lyftkraften är resultanten av alla tryckkrafterna på föremålet.
Ett föremål är nedsänkt i en vätska. Se figur #7.7. # Föremålet påverkas av tryckkrafter från vätskan. Eftersom trycket ökar neråt i vätskan, blir tryckkrafterna på föremålet större på undersidan än på ovansidan. Resultanten av alla tryckkrafterna blir en kraft som verkar uppåt. Det är lyftkraften F #0# . Denna upptäckt gjordes av den grekiske naturfilosofen Arkimedes #(287-212 # f.Kr.). Det sägs att Arkimedes låg i badet då han gjorde sin upptäckt och att han då blev så ivrig att han naken sprang ut på gatan och ropade "heureka! - jag har funnit det!"
Arkimedes Princip
Ett föremål som är nedsänkt i en vätska, påverkas av en lyftkraft som är lika stor som tyngden av den vätskemängd som föremålet tränger undan,
F #0# = ρVg
där F #0# är lyftkraften, ρ är vätskans densitet, V är den undanträngda vätskans volym, och g är tyngdaccelerationen.
Arkimedes princip gäller alltid och inte bara för vätskor. Principen är till exempel densamma för en varmluftsballong. Den varma luften inuti ballongen har lägre densitet än den omgivande, kallare luften. Det är därför som man då och då måste värma upp luften inuti ballongen.
Om lyftkraften är mindre än tyngden, sjunker föremålet till botten. Om lyftkraften däremot är större än tyngden, stiger föremålet mot ytan. Föremålet flyter när det sticker ner precis så djupt att tyngden av den undanträngda vätskan är lika med föremålets tyngd.
Du har kanske hört att man kan flyta i Döda havet, men är det sant? Döda havet är en sjö på gränsen mellan Israel och Jordanien som har en mycket hög salthalt. I själva verket har Döda havet en densitet som är ungefär #1,23 · 10# #3# kg/m #3# . Jämför detta med vanligt havsvatten som har en densitet på ungefär #1,03 · 10# #3# kg/m #3# . Om du tänker på att du nästan flyter i havsvatten så kan du redan nu inse att du kommer att flyta i Döda havet. Hur kan du då avgöra hur djupt du kommer att sjunka ned? Tänk så här: Om din densitet hade varit lika stor som vattnets densitet hade du svävat omkring inne i vattnet. Om densiteten hade varit ungefär hälften så stor hade du sjunkit ned till hälften. Om vi antar att din densitet ungefär är lika stor som havsvattnets densitet kommer du att sjunka ned
#\frac{{1,03 \cdot {{10}^3}}}{{1,23 \cdot {{10}^3}}} = 0,84 = 84\;\% #
Detta innebär att ungefär #15 # procent av kroppen kommer att vara ovanför vattenytan.