Wyporność

Maria i Sofia pływają w morzu. Sofia, trzymaj mnie gdy będę próbować unieść się na powierzchni wody! Nie mogę! Jesteś ode mnie dużo większa. Po prostu spróbuj.

Jej, jesteś taka lekka! To dlatego, że pomaga ci woda! To wszystko związane jest z działającymi siłami. Gdy Maria stoi na plaży, siła grawitacji przyciąga ją do Ziemi i nie pozwala jej unosić się w górę. Im cięższa jest Maria, tym silniejsza działa na nią siła grawitacji.

Siła grawitacji jest silniejsza niż siła, którą posiada Sofia, więc nie może ona podnieść Marii, gdy obie stoją na plaży. Gdy Maria jest w wodzie, siła grawitacji nadal na nią oddziałuje. Dlaczego więc Sofia teraz może ją podnieść? Musi być jakaś inna siła, która pomaga Sofii! Gdy pewien przedmiot jest zanurzony w wodzie, woda napiera na niego ze wszystkich stron.

Im większe ciśnienie, tym bardziej woda napiera na dany przedmiot. A więc jeśli siła działa na przedmiot z każdej strony, dlaczego przedmiot ten nie zaczyna poruszać się w jednym kierunku? Dlatego że siły działające po przeciwnych stronach przedmiotu są takie same, więc siły po dwóch przeciwnych stronach przedmiotu równoważą się. Jednak spód przedmiotu jest zanurzony głębiej niż jego górna część. Większa głębokość oznacza większe ciśnienie, więc jednocześnie większą siłę.

Na górną część przedmiotu, która jest bliżej powierzchni wody, działa mniejsza siła. Te dwie sił działają w dwóch przeciwnych kierunkach, a skoro zachodzi różnica w ciśnieniach, to siła wypadkowa jaką woda wywiera na ten przedmiot działa do góry. Taką siłę skierowaną ku górze nazywamy siłą wyporu, a efektem jej działania jest wyporność. Wyporność działa w przeciwnym kierunku do siły grawitacji, a więc przeciwdziała jej. Siła wyporu działa wszędzie, nie tylko w wodzie, ale we wszystkich cieczach i gazach!

Gdy Maria jest w wodzie, jej ciężar nie zmienia się, ale siła wyporu przeciwdziała mu i wypycha ją do góry. Za prawą wyporności Sofia może trzymać Marię! Siłę wyporu można obliczyć gdy od wartości siły działającej na górę przedmiotu odejmiemy wartość siły działającej na dolną część przedmiotu. Spójrzmy na przykład w postaci tego kartonu soku. Siła działająca na górę kartonu wynosi 2,45 niutona, a siła działająca na dół kartonu wynosi 4,9 niutona, czyli siła działająca na dół przedmiotu jest dwa razy większa!

Teraz możemy obliczyć siłę wyporu poprzez odjęcie od siły działającej na dole przedmiotu siły działającej na jego górze, czyli 4,9 minus 2,45 niutona. Siła wyporu wynosi 2,45 niutona! Tak więc siła wyporu jaką ciecz wywiera na zanurzony przedmiot zwrócona jest do góry. Wynika to z różnicy ciśnień między górą i dołem zanurzonego przedmiotu. Zmęczyłam się, ta siła wyporu nie pomaga mi wystarczająco.

Maria, teraz ty mnie trzymasz!