Flytkraft — definition och förklaring (Arkimedes princip och exempel)
Förstå flytkraft och Arkimedes princip klart och enkelt — definition, förklaring och praktiska exempel som visar varför båtar, ballonger och föremål flyter.
Inom fysiken är flytkraft den uppåtriktade kraft som verkar på ett föremål när det är nedsänkt i en vätska eller i luft. Flytkraften uppstår på grund av skillnader i tryck i vätskan eller gasen på olika djup: trycket är högre längre ner än högre upp, vilket ger en nettokraft uppåt på föremålet.
Arkimedes princip och formel
Arkimedes princip beskriver flytkraftens storlek: den uppåtriktade nettokraften är lika stor som vikten av den vätska (eller gas) som kroppen tränger undan. Matematiskt kan detta uttryckas som
F_b = ρ_fluid · V_trängd · g
där ρ_fluid är vätskans densitet, V_trängd är volymen av vätska som objektet tränger undan och g är tyngdaccelerationen (≈ 9,81 m/s²). Resultatet blir en kraft i Newton (N).
När flyter ett föremål?
- Om flytkraften (F_b) är större än föremålets tyngdkraft (vikten) kommer föremålet att accelerera uppåt och flyta upp till ytan.
- Om flytkraften är lika med tyngdkraften ligger föremålet i jämvikt och flyter delvis nedsänkt.
- Om flytkraften är mindre än tyngdkraften sjunker föremålet.
Ett enkelt sätt att avgöra om något flyter är att jämföra genomsnittlig densitet för föremålet med vätskans densitet: om föremålets genomsnittliga densitet är lägre än vätskans så flyter det, annars sjunker det.
Stabilitet och centrum för flytkraft
Förutom storleken på flytkraften är dess läge viktigt för stabiliteten. Flytkraften verkar genom det så kallade flytkraftens centrum (centrum för den trängda volymen). Om detta centrum och föremålets tyngdpunkt (centrum för massan) ligger på lämpliga positioner i förhållande till varandra får föremålet stabil flytning. Detta är viktigt för båtar och fartyg, där felaktig fördelning av last kan göra fartyget instabilt.
Tillämpningar och exempel
- Båtar och fartyg flyter eftersom deras skrov tränger undan en stor volym vatten så att den undanträngda vattnets vikt motsvarar fartygets vikt.
- Ballonger och luftskepp använder flytkraft i luft: varmluft eller lättare gas (t.ex. helium) gör att den undanträngda luftens vikt är större än ballongens totala vikt, vilket ger lyftkraft.
- Ubåtar reglerar sin flytkraft genom ballasttankar som fylls med vatten eller luft för att sjunka eller stiga.
- Mätinstrument som hydrometrar bygger på principen att en kropp sjunker till en nivå där den undanträngda vätskevolymen ger samma kraft som instrumentets vikt — detta används för att bestämma vätskors densitet.
Historisk kommentar
Principen tillskrivs Arkimedes, som enligt legenden upptäckte sambandet när han var i badet och ropade "Eureka!" när han insåg att uppåtriktig kraft motsvarar vikten av undanträngd vätska. Principen är grundläggande inom hydrodynamik och aerostatik.
Sammanfattning: Flytkraft är den uppåtriktade kraft som orsakas av tryckskillnader i en omgivande vätska eller gas. Storleken ges av Arkimedes princip (F_b = ρ_fluid · V_trängd · g). Den avgör om ett föremål flyter, flyter delvis eller sjunker, och spelar en central roll i konstruktion och drift av många fordon.
Ett diagram som visar hur flytkraft fungerar.
Densitet
Om föremålet har exakt samma densitet som vätskan är dess flytkraft lika stor som dess vikt. Det kommer varken att sjunka eller flyta.
Om föremålet har en högre genomsnittlig densitet än vätskan är dess flytkraft mindre än dess vikt. Det kommer att sjunka. Det är därför stenar inte flyter.
Om föremålet har en lägre genomsnittlig densitet än vätskan är dess flytkraft större än dess vikt. Det är därför som ett fartyg, även om det är tillverkat av stål som är tätare än vatten, flyter eftersom det omsluter en luftvolym och den resulterande formen har en genomsnittlig densitet som är lägre än vattnets.
Relaterade sidor
Frågor och svar
F: Vad är flytkraft?
S: Uppdrift är en kraft på ett föremål som gör att det stiger eller rör sig uppåt, och som skapas av skillnaden i tryck på föremålet från den vätska eller luft som det befinner sig i.
F: Var kommer ordet "flytkraft" ifrån?
S: Ordet "flytkraft" kommer från det spanska ordet för "flyta", boyar.
F: Vad är den uppåtgående flytkraften?
S: Den uppåtgående flytkraften är lika med vikten av den vätska som förflyttas av kroppen.
F: Vad gör flytkraften att ett föremål kan göra?
S: Flytkraften gör att ett föremål flyter eller åtminstone verkar lättare.
F: Vilka fordon använder sig av flytkraft?
S: Många fordon som båtar, fartyg, ballonger och luftskepp använder sig av flytkraft.
F: Hur skapas flytkraft?
S: Flytkraft skapas av skillnaden i tryck som vätskan eller luften som föremålet befinner sig i utövar på föremålet.
F: Varför är flytkraft viktigt?
S: Flytkraften är viktig för många fordon eftersom den gör det möjligt för dem att flyta eller hålla sig flytande.
Sök