Arkhimédész törvénye
Vajon miért van az, hogy egy fadarab úszik a víz felszínén, egy vasgolyó pedig elsüllyed? Pedig a hajók is fémből vannak, és azok mégsem süllyednek el. Vajon mi lehet ennek az oka?
Végezzünk el egy kísérletet!
Akasszunk egy fémtárgyat egy rugós erőmérőre! Láthatjuk, hogy a rúgó megnyúlik, és jelzi a tárgy súlyát.
Most pedig lógassuk a tárgyat vízbe! Azt látjuk, hogy a rugó már nem annyira nyúlik meg, tehát kisebb súlyt jelez.
Mi lehet ennek az oka?
Olyan ez a jelenség, mintha a vízben valami felnyomta volna a fémtárgyat. Ezt a hatást felhajtóerőnek nevezzük.
Ezek után megállapíthatjuk, hogy a vízben vagy más folyadékokban a testekre egy felfelé mutató erő hat, ami csökkenti a testek súlyát.
Ezt a jelenséget Arkhimédész görög tudós fedezte fel. A legenda szerint Arkhimédész éppen fürödni készült, és amikor belemerült a kádba, észrevette, hogy kifolyik a víz. Ekkor kiugrott, és azt kiáltotta: Heuréka! (Megtaláltam!)
Arkhimédész törvénye:
| Minden folyadékba (sőt, gázba) merülő testre felhajtóerő hat, aminek nagysága megegyezik a test által kiszorított folyadék (illetve gáz) súlyával. |
Most nézzük meg, hogy mit is jelent ez pontosan!
Töltsünk színültig vízzel egy üvegkádat! Ha ez megvan, akkor óvatosan engedjünk a kádba egy tárgyat!
Mi történik?
A kádból kifolyik a víz egy része, mégpedig annyi, amennyi a tárgy térfogatának megfelelő mennyiség. Vagyis azt mondhatjuk, hogy a vízbe merülő test „kiszorítja” a víz egy részét.
Most pedig nézzük meg, hogy milyen erők hatnak
a vízbe merülő testekre!
Az ábrán látható hasáb vízbe merül. A hasáb négyzet alapú: a négyzet oldalai 10 cm-esek, a hasáb magassága pedig 30 cm.
Ezért a térfogata:
V = 10 cm • 10 cm • 30 cm = 3000 cm3 = 3 liter
Az alapterülete:
A = 10 cm • 10 cm = 100 cm2 = 0,01 m2
A hasáb 10 cm-rel van a víz felszíne alatt. Számoljuk ki, hogy mekkora nyomás hat a hasáb tetejére és aljára!
A hidrosztatikai nyomás a hasáb tetejét lefelé, az alját pedig felfelé nyomja.
p = ?
A hasáb tetején a hidrosztatikai nyomás:
A hasáb alján a hidrosztatikai nyomás:
A hasáb tetejére ható nyomóerő:
A hasáb aljára ható nyomóerő:
Ennek a két erőnek az eredője: Feredő = Falul - Ffelül = 40 N - 10 N = 30 N
Tehát az eredő erő egy felfelé mutató, 30 N nagyságú erő. Ez éppen megegyezik a hasáb által kiszorított 3 liter víz súlyával.
Mégegyszer megállapíthatjuk, hogy a folyadékba merülő testre a test által kiszorított víz súlyának megfelelő nagyságú felhajtóerő hat.
Tanuljon a Te Gyermeked is egyszerűen és játékosan
a Fizikából Ötös 7. osztályosoknak című oktatóprogram segítségével!
