แรงลอยตัวและหลักของอาร์คีมิดีส

ความหมายของแรงลอยตัว ?...? ความหมายของแรงลอยตัว แรงลอยตัว (hydrostatic lift หรือ buoyancy) หมายถึง แรงลัพธ์ที่ของไหลกระทำต่อผิวของวัตถุที่จมบางส่วนหรือจมทั้งชิ้นวัตถุ ซึ่งเป็นแรงปฏิกิริยาโต้ตอบในทิศทางขึ้นเพื่อให้เกิดความสมดุลกับการที่วัตถุมีน้ำหนักพยายามจมลงอันเนื่องมาจากแรงโน้มถ่วงของโลก

แรงลอยตัว (buoyant force) หรือแรงพยุงของของเหลวทุกชนิดเป็นไปตามหลักของอาร์คิมีดิส (Archimedes' Principle) ซึ่งกล่าวว่า แรงลอยตัวหรือแรงพยุงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุ มีขนาดเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่มีปริมาตรเท่ากับปริมาตรของวัตถุส่วนที่จมอยู่ในของเหลว    วัตถุ <  ของเหลว  วัตถุ =  ของเหลว  วัตถุ > ของเหลว  

น้ำหนักของวัตถุ = น้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ ความหนาแน่น  = M / V หรือ M = V ดังนั้น Mg = Vg แรงลอยตัว = น้ำหนักของของเหลวปริมาตรเท่าวัตถุส่วนจม = ของเหลวVส่วนจม g น้ำหนักของวัตถุ = น้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ ถ้าวัตถุนั้นไม่ลอย เมื่อชั่งในของเหลวจะได้น้ำหนักน้อยกว่าชั่งในอากาศ น้ำหนักที่หายไปมีค่าเท่ากับน้ำหนักของเหลวปริมาตรเท่าวัตถุ

1. ไม่มีเชือกผูก ก็ลอยนิ่งในของเหลวได้ 2. ถ้ามีเชือกผูก เชือกต้องหย่อน ของลอย วัตถุที่จัดว่า ลอยในของเหลว ต้องเข้าหลักดังนี้ 1. ไม่มีเชือกผูก ก็ลอยนิ่งในของเหลวได้ 2. ถ้ามีเชือกผูก เชือกต้องหย่อน 3. วัตถุอยู่ไม่ถึงก้นภาชนะ

ลอยธรรมดา ลอยมีน้ำหนักกด ลอยมีน้ำหนักถ่วง ลอยธรรมดา ลอยมีน้ำหนักกด ลอยมีน้ำหนักถ่วง ตุ้ม ไม้ B3 ไม้ ตุ้ม B4 B1 B2 ภาพ 1 ภาพ 2 ภาพ 3 ของลอยที่ลอยนิ่งได้ แสดงว่า สมดุล แรงขึ้น = แรงลง ภาพ 1 B1 = W ไม้ทั้งก้อน ภาพ 2 B2 = W ไม้ทั้งก้อน + W ตุ้ม ภาพ 3 B3 + B4 = W ไม้ทั้งก้อน + W ตุ้ม การที่วัตถุไม่ขึ้นหรือลง แสดงว่า สมดุล แรงขึ้น = แรงลง ดังนั้น น้ำหนักของเหลวที่ถูกแทนที่ = น้ำหนักวัตถุทั้งก้อนในอากาศ

ข้อควรจำ 1." ของเหลวที่ถูกแทนที่" และ "น้ำหนักวัตถุในอากาศ" อาจมีมากกว่า 1 แรงก็ได้ เช่น ภาพที่ 3 (ต้องสังเกตแรงจากรูป) 2. คำว่า "น้ำหนักของวัตถุในอากาศ" หมายถึง น้ำหนักวัตถุทั้งก้อน 3.คำว่า "กด" แปลว่า มีตุ้มน้ำหนักวางทับอยู่ตอนบน 4.คำว่า "ถ่วง" แปลว่า มีตุ้มน้ำหนักดึงอยู่ตอนล่าง และตุ้มน้ำหนักแทนที่น้ำด้วย 5.ถ้าไม่จำเป็น ไม่ควรคิดน้ำหนักวัตถุในของเหลว ให้พิจารณาเป็นน้ำหนักวัตถุในอากาศทั้งหมด แรงลอยตัว เท่ากับน้ำหนักของเหลวที่มีปริมาตรเท่ากับวัตถุส่วนที่จม (หรือน้ำหนักของเหลวที่ถูกแทนที่) แรงยกตัว เท่ากับน้ำหนักของเหลวที่มีปริมาตรเท่ากับวัตถุส่วนที่ลอย

หลักของอาร์คีมิดิส วัตถุใดๆอยู่ในของไหลทั้งก้อนหรือจมอยู่เพียงบางส่วนจะถูกแรงลอยตัวกระทำ และขนาดของแรงลอยตัวจะเท่ากับ ขนาดของน้ำหนักของของไหลที่ถูกวัตถุแทนที่ ซึ่งเขียนใหม่ได้ว่า ขนาดของแรงลอยตัว = ขนาดของน้ำหนักของของไหลที่ถูกวัตถุแทนที่ หรือ ขนาดของแรงลอยตัว = ขนาดของน้ำหนักของของไหลที่มีปริมาตรเท่าวัตถุส่วนจม - ถ้าขนาดของแรงลอยตัวมีค่าน้อยกว่าน้ำหนักของวัตถุ วัตถุจะจมในของไหลนั้น - ถ้าขนาดของแรงลอยตัวมีค่ามากกว่าหรือเท่ากับน้ำหนักของวัตถุ วัตถุจะลอยในของเหลวนั้น - น้ำหนักของวัตถุที่ที่หายไปในของเหลวจะมีขนาดเท่ากับ น้ำหนักของของเหลวที่มีปริมาตรเท่ากับวัตถุส่วนที่จม