Oppdrift
Oppdrift er ei oppoverretta kraft på ein lekam som kjem av omplasseringa av ei væske (eller ein gass) som omgjer eller delvis omgjer lekamen. Denne krafta gjer at lekamen kan flyte eller i det minste verke lettare. Oppdrift er viktig for mange fartøy som båtar, skip, ballongar og luftskip.
Krefter og likevekt
endreOppdrift fører til ei oppoverretta kraft på lekamen. Storleiken på denne krafta er like stor som vekta av væska som er omplassert. Oppdrifta til ein lekam er derfor avhengig av to faktorar: Volumet til lekamen, og tettleiken til den omliggande væska. Jo større volumet til lekamen er, og tettleiken til omgivnadande er, jo større er oppdrifta.
Viss oppdrifta til ein lekam vert større enn vekta til lekamen, så vil lekamen stige, og om vekta til lekamen vert større enn oppdrifta vil lekamen søkke.
Tettleiken til atomsfæren er avhengig av høgda. Når eit luftskip stig i atmosfæren vil derfor oppdrifta minke, sidan tettleiken til den omliggande lufta vert mindre. Tettleiken i vatn er derimot så godt som konstant. Ein ubåt støter ut vatn frå oppdriftstankane sine (og fyller dei med luft), og kan dermed stige fordi oppdrifta er den same (volumet til ubåten er den same), men vekta vert mindre.
Når ein flytande lekam stig eller søkk vil kreftene rundt lekamen endre seg, og sidan alle lekamar til ein viss er kompressible, så vil òg volumet til lekamen endre seg. Oppdrift er avhengig av volum, slik at oppdrifta til ein lekam vert mindre viss lekamen vert komprimert, og aukar om lekamen utvidar seg.
Viss kompressibiliteten til ein lekam er mindre enn komressibiliteten til væska som omgir han, er lekamen i stabil likevekt, og vil halde seg i ro. Viss kompressibiliteten er større enn i omgivnadane vil likevekta til lekamen derimot vere ustabil, og den vil stige eller søkke om den kjem litt ut av likevekta.
Djupet til ein ubåt er ustabil. Ein ubåt er meir kompressibel enn det omliggande vatnet, og når djupet aukar, fører det auka trykket til at volumet til ubåten minkar. Dette fører til at mindre vatn vert omplassert, og oppdrifta vert mindre.
Høgda til ein ballong er stabil. Når ein ballong stig vil volumet auke på grunn av det minkande trykket, men lasta til ballongen vert ikkje utvida. Den midla tettleiken til ballongen minkar derfor mindre enn den omliggande lufta, og oppdrifta vert redusert fordi vekta av den omplasserte lufta minkar. Ein stigande ballong vil derfor etter kvart stoppe å stige. På liknande måte vil ein fallande ballong stoppe å falle.
Oppdrift omhandlar evna ein lekam har til å flyte i ei væske. Båtar flyt i vatn og ballong svevar i lufta på grunn av oppdrift. Så godt som alt har oppdriftskrefter. Eit sokke skip flyt ikkje, men oppdrifta gjer den likevel lettare, medan eit menneske veg mindre på grunn av oppdriftskreftene i lufta. Oppdrift var kjend av sjølv dei første menneska som t.d. såg vedkubbar flyte, lagde kanoar og etter kvart meir sofistikerte båtar. Konseptet bak oppdrift vart derimot ikkje fullt ut forstått før ein byrja å studere væsker.
Arkimedes sitt prinsipp
endre
|
Det var grekaren Arkimedes frå Syrakus i Italia som først oppdaga oppdriftslova, ofte kalla Arkimedes sitt prinsipp:
- Oppdriftskrafta er like stor som vekta som lekamen pressar bort.
Vekta av den omplasserte væska er direkte proporsjonal til volumet av den omplasserte væska (særleg om den omgivande væska har uniform tettleik). Derfor vil lekamen med størst volum blant like store lekamar ha størst oppdrift.
Vi kan tenkje oss at ein stein veg 10 newton når han heng i ein streng i vakuum. Viss vi vidare tenkjer oss at steinen vert søkt ned i vatn, og at vatnet som vert pressa bort veg 3 newton. Krafta som steinen då virkar på strengen med vil då vere: 10 newton − 3 newton = 7 newton.
Tettleiken til lekamen som vert senka ned relativt til tettleiken av væska, kan ein lett finne utan å måle volumet:
Tettleik
endreViss vekta til ein lekam er mindre enn vekta til væska lekamen pressar bort, så har lekamen mindre midla tettleik enn væska, og har ei oppdrift som er større enn vekta. Viss væska har ei overflate, slik som ein sjø, vil lekamen flyte slik at han pressar vekk same mengda vatn som vekta av lekamen. Viss lekamen er nedsokken i væska, slik som ein ubåt under vatn eller ein ballong i lufta, så vil lekamen stige.
Viss lekamen har nøyaktig same tettleik som væska, så er oppdrifta like stor som vekta, og lekamen vil verken stige eller søkke.
Ein lekam med høgare midla tettleik enn væska vil ha mindre oppdrift enn vekta av lekamen, og han vil søkke.
Eit skip flyt, sjølv om det er laga av stål som er mykje tyngre enn vatn, fordi skroget omgir eit luftvolum, og dette fører til ein midla tettleik som er mindre enn tettleiken til vatnet.