כיצד הבדלים בלחץ הנוזלים יוצרים ציפה?

תוֹכֶן

• פסקל ולחץ
• עומק ושוני
• ארכימדס וסכום
• צפיפות כהחלטה

כל הנוזלים הם נוזלים, אך באופן מעניין, לא כל הנוזלים הם נוזלים. כל דבר שיכול לזרום - כמו גז - הוא נוזל ויכול ליצור כוח דוחה. ציפה נגרמת כאשר אזורים עם לחץ גבוה יותר מתחת לאובייקט מפעילים כוח כלפי מעלה לעבר אזורים של לחץ נמוך יותר. כמות הכוח הצוף שנזיל מפעיל נקבעת על ידי נפח העצמים ועל פי עקרון ארכימדס.

פסקל ולחץ

לפני שתוכלו להבין כיצד ההבדלים בלחץ הנוזלים יכולים להשפיע על הציפה, ראשית עליכם להבין כיצד הלחץ מתנהג בנוזלים. עקרון פסקאלס קובע כי כאשר משתנים לחץ בכל מקום במערכת סגורה, שינוי הלחץ יורגש באופן שווה בכל נקודה בתוך אותה מערכת ובכל הכיוונים. עיקרון זה הוא המאפשר לתפקד מערכות הידראוליות. זה גם מכתיב שבתוך גוף נוזלים בו אין גורמים נוספים המשפיעים על הלחץ, הלחץ יישאר קבוע ואחיד. עם זאת, על פני כדור הארץ יש לפחות כוח אחד נוסף הגורם לשונות בלחץ של נוזל, וכוח זה הוא כוח המשיכה.

עומק ושוני

כוח המשיכה מושך כלפי מטה על כל מה שיש בו מסה. לכן, כאשר כוח הכבידה מושך כלפי מטה על גוף נוזלים, משקל הנוזל בחלקים העליונים של הגוף נערם על הנוזל בחלקים התחתונים, ויוצר דרגה של לחץ הולך וגובר כשאתה נע כלפי מטה בתוך אותו נוזל. לדוגמה, אם תצללו עמוק לתוך אגם, תרגישו לחץ גובר באוזניים - ואולי אפילו כנגד גופכם - ככל שתצללו עמוק יותר. אם תפסיקו לשחות כלפי מטה, הלחץ הגבוה יותר שמתחתיו ידחוף אתכם חזרה למעלה לעבר אזור הלחץ התחתון. בדרך זו הכבידה יצרה דינמיית לחץ המכתיבה שתמיד יהיה לחץ גדול יותר מתחת לאובייקט שקוע מאשר מעליו.

ארכימדס וסכום

הפילוסוף והמתמטיקאי היווני ארכימדס לקח את ההבנה הזו של הלחץ צעד אחד קדימה, והיה הגיוני מדוע נוזל מפעיל כמות מסוימת של כוח כלפי מעלה על עצם וגורם לו לעלות ולצוף או מאפשר לו לשקוע. הוא קבע כי הכוח כלפי מעלה שווה למשקל המים העקורים על ידי החפץ השקוע. לדוגמא, מים שוקלים גרם אחד לסנטימטר מעוקב. אם תטבלו כדור בנפח של 25 סנטימטרים מעוקבים, תעקרו 25 גרם מים. לפיכך, הכוח הצוף המתקבל בכדור זה יהיה 25 ניוטון (ניוטון הם יחידות שמודדות כוח). הכוח הצוף הזה מבוסס תמיד על מסת המים העקורים, ולא על מסת העצם.

צפיפות כהחלטה

צפיפות היא בסופו של דבר הגורם שקובע אם חפץ יצוף, ישקע או יישאר ציפה נייטרלית בנוזל. לדוגמה, אם הכדור של 25 סנטימטרים מעוקב הוא חלול ומלא באוויר, הוא יהיה קל יותר מ -25 גרם המים שעקר, ויצף. אם הכדור עשוי מחומר צפוף יותר, כמו ברזל, הוא עשוי להיות כבד הרבה יותר ושקע במהירות לקרקעית גוף המים. אם אתה שקוע בכדור שמשקלו 25 גרם בדיוק, לעומת זאת, הכוח הצוף לא יניע אותו עד לפני השטח, אלא פשוט ימנע ממנו לשקוע. כדור זה יישאר ציפה נייטרלית בגוף הנוזל עד שייפעל על ידי כוח חיצוני.