Γιατί νιώθουμε πιο ανάλαφροι στο νερό;

Η άνωση δρα στο σώμα μας όταν βυθιζόμαστε, κάνοντας μας να νιώθουμε πιο ανάλαφροι.

Έχετε ποτέ βυθιστεί εντελώς σε υγρό; Εάν είστε κάποιος που του αρέσει το κολύμπι, αυτή η απάντηση θα πρέπει να είναι προφανής. Περιέργως, υπάρχουν κάποιοι που ισχυρίζονται ότι δεν είχαν ποτέ τέτοιες εμπειρίες. Κάνουν λάθος… αλλά θα το δούμε λίγο αργότερα.

Ωστόσο, είναι μια κοινή παρατήρηση ότι τα αντικείμενα αισθάνονται πιο ελαφριά στο νερό. Εάν δεν είστε εξοικειωμένοι με το συναίσθημα, βυθίστε το χέρι σας σε ένα κουβά νερό και νιώστε το μόνοι σας.

Γιατί νιώθουμε πιο ανάλαφροι στο νερό; (Photo Credit :Wonderful Nature/Shutterstock)

Τι εννοείτε με τον όρο Βάρος;

Το βάρος δεν είναι μόνο ο αριθμός σε μια ζυγαριά. είναι ένα μέτρο του πόσο ισχυρά η βαρύτητα έλκει τη μάζα.

Βάρος (Πιστωτική φωτογραφία :Suki Leung/Shutterstock)

Όλοι έχουμε δει ταινίες με ανθρώπους στο φεγγάρι να πηδούν ψηλά από το έδαφος ή να κλωτσούν αβίαστα μεγάλους βράχους. Αυτό δείχνει ξεκάθαρα ότι η τιμή του βάρους μπορεί να αλλάξει, ακόμη και όταν η μάζα παραμένει σταθερή. Εδώ, η τιμή της σταθεράς βαρύτητας αλλάζει, επομένως αλλάζει το βάρος του σώματος.

Ωστόσο, δεν μιλάμε για κολύμπι στο φεγγάρι. Δεν αισθανόμαστε ελαφρύτεροι στο νερό για τους ίδιους λόγους που θα νιώθαμε πιο ανάλαφροι στο φεγγάρι.

Υπάρχει μια δύναμη που δρα ενάντια στη βαρύτητα όταν ένα σώμα βυθίζεται στο νερό, κάτι που μας κάνει να νιώθουμε ελαφρύτεροι. Η άνωση είναι αυτή η ανοδική δύναμη που δρα ενάντια στη βαρύτητα.

Ανεξάρτητα από το πόσο εξοικειωμένοι είστε με την άνωση, μπορεί να έχετε ακούσει την ιστορία του επιστήμονα να τρέχει γυμνός στους δρόμους της Ελλάδας φωνάζοντας «Εύρηκα!» Στο κέντρο της ιστορίας βρίσκεται μια επιστημονική αρχή γνωστή ως Αρχή του Αρχιμήδη.

Ιστορία της Αρχής του Αρχιμήδη

Η αρχή της αρχής του Αρχιμήδη βρίσκεται στην ιστορία ενός αρχαίου ηγεμόνα που παρήγγειλε ένα χρυσό στέμμα στον χρυσοχόό του. Ο χρυσοχόος έφτιαξε το στέμμα, όπως διέταξε ο βασιλιάς του, αλλά ο βασιλιάς ήταν καχύποπτος για την καθαρότητα του χρυσού που χρησιμοποιήθηκε στο στέμμα. Δεν υπήρχαν μέθοδοι επαλήθευσης αυτής της καθαρότητας εκείνη τη στιγμή.

Έτσι, ο βασιλιάς ανέθεσε στον τοπικό επιστήμονα Αρχιμήδη να λύσει το πρόβλημα χωρίς να καταστρέψει το στέμμα.

Αρχιμήδης (Photo Credit :German Vizulis/Shutterstock)

Ο Αρχιμήδης αποφάσισε να συζητήσει το θέμα, αλλά αργότερα, όταν πήγε να κάνει μπάνιο, παρατήρησε ότι όταν μπήκε στη μπανιέρα, χύθηκε νερό. Η ποσότητα αυτού του νερού φαινόταν να είναι ανάλογη με τον βυθισμένο όγκο του.

Ο επιστήμονας σκέφτηκε ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει αυτή τη γνώση για να συγκρίνει το στέμμα με μια ποσότητα χρυσού του ίδιου βάρους. Ως εκ τούτου, μπορούσε να ανακαλύψει εάν ο χρυσός ήταν πραγματικά καθαρός.

Όπως λέει η ιστορία, ήταν τόσο συγκλονισμένος από τη δική του αποκάλυψη που έτρεξε γυμνός στους δρόμους προς τον βασιλιά, ουρλιάζοντας «Εύρηκα!» Δεν γνωρίζουμε πόσο αληθινή είναι αυτή η ιστορία, αλλά η αρχή εξακολουθεί να ισχύει.

Άνευση και φαινομενικό βάρος

Η αρχή του Αρχιμήδη δηλώνει ότι η ανοδική άνωση που ασκείται σε ένα μερικώς ή πλήρως βυθισμένο σώμα είναι ίση με το βάρος του ρευστού που μετατοπίζεται από το σώμα. Μαθηματικά, αυτό είναι το γινόμενο της πυκνότητας, του όγκου του μετατοπισμένου ρευστού και της τιμής της σταθεράς βαρύτητας.

Πλευστότητα (Φωτογραφία:Designua/Shutterstock)

Ωστόσο, απομένει ένα ακόμη ερώτημα… γιατί υπάρχει καθόλου ανοδική δύναμη; Τι το προκαλεί;

Για να το καταλάβουμε αυτό, ας εμβαθύνουμε σε λίγη ρευστή στατική. Η πίεση σε ένα ρευστό ποικίλλει γραμμικά ανάλογα με το βάθος. Αυτό σημαίνει ότι η δύναμη πίεσης που ενεργεί στην κορυφή ενός βυθισμένου σώματος είναι στην πραγματικότητα μικρότερη από τη δύναμη πίεσης που δρα στο κάτω μέρος του σώματος. Οι δυνάμεις είναι επομένως μη ισορροπημένες και παίρνουμε μια καθαρή δύναμη που ενεργεί προς τα πάνω.

Φαινόμενο βάρος

Τώρα, έχουμε παρουσιάσει αρκετά θεωρήματα, εξισώσεις, ακόμη και αστείες ιστορίες για να κατανοήσουμε το αρχικό μας δίλημμα. Όταν ένα σώμα βυθίζεται σε ένα ρευστό, η άνωση δρα προς την αντίθετη κατεύθυνση από το βάρος. Αυτό που νιώθουμε είναι το αποτέλεσμα αυτών των δύο δυνάμεων, το οποίο είναι δύναμη άνωσης που αφαιρείται από το πραγματικό βάρος, ισούται με το φαινομενικό βάρος.

Φαινόμενο βάρος- το βάρος που εμφανίζεται στη ζυγαριά μειώνεται καθώς το αντικείμενο βυθίζεται περισσότερο. (Φωτογραφία :Fouad A. Saad/Shutterstock)

Η έννοια του φαινομενικού βάρους γίνεται ακόμα πιο ενδιαφέρουσα αν νομίζετε ότι έχετε ήδη πνιγεί σε έναν ωκεανό αέρα — που είναι επίσης ένα ρευστό. Το βάρος που νιώθετε κάθε λεπτό είναι επίσης φαινομενικό βάρος. Τώρα ξέρετε την απάντηση αν κάποιος ρωτήσει αν έχετε βυθιστεί εντελώς σε ένα υγρό.

Η άνωση είναι επίσης ο λόγος που τα πράγματα επιπλέουν στο νερό. Έτσι μπορούμε να μπούμε σε βάρκες και να ταξιδέψουμε με ασφάλεια στη θάλασσα.

Πώς επιπλέει ένα πλοίο. (Φωτογραφία:udaix/Shutterstock)

Ένα άλλο συναρπαστικό σημείο που πρέπει να σημειωθεί είναι ότι η δύναμη άνωσης ποικίλλει ανάλογα με την πυκνότητα. Σε υγρά όπως ο υδράργυρος, τα πράγματα θα συμπεριφέρονται ακόμη πιο ελαφριά από ότι στο νερό. Μπορείτε επίσης να κάνετε μια εντυπωσιακή βόλτα με ένα μπαλόνι ζεστού αέρα χάρη στην άνωση.

Ένα αερόστατο. (Φωτογραφία :Business stock/Shutterstock)

Δοκιμάστε να παίξετε με αυτήν την ενδιαφέρουσα προσομοίωση που δείχνει πώς διαφορετικοί παράγοντες επηρεάζουν την άνωση και το φαινομενικό βάρος ενός βυθισμένου σώματος.

Συμπέρασμα

Ακόμη και η πιο μικροσκοπική παρατήρηση, όπως η έκχυση νερού αφού βουτήξετε κάτι σε αυτό, μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικά συμπεράσματα. Μπορεί να κάνατε μια χαλαρή βουτιά στην πισίνα όταν εμφανίστηκε μια ερώτηση στο μυαλό σας που σας έφερε σε αυτό το άρθρο. Και εδώ ανακαλύψατε ότι αισθάνεστε πιο ανάλαφροι στο νερό λόγω της άνωσης και του φαινομενικού βάρους σας.

Μπορείτε επίσης να πάρετε άλλο ένα μάθημα από αυτό. Αν ανακαλύψετε κάτι ενώ κάνετε μπάνιο, προσπαθήστε να θυμηθείτε να φορέσετε ρούχα πριν τρέξετε για να το πείτε στους φίλους σας, μήπως η ντροπή σας μείνει για πάντα στην ιστορία!