Het principe van Archimedes begrijpen:definitie, formule en toepassingen in de echte wereld

Archimedes ontdekte het drijfvermogenprincipe, dat in verschillende toepassingen wordt gebruikt, waaronder schepen. Hierdoor kunnen ze drijven als het gewicht van het verplaatste water gelijk is aan het gewicht van het schip. Alles wat de vorm heeft om zijn eigen gewicht aan water te verplaatsen voordat het het punt bereikt waarop het zal onderduiken, zal zeker blijven drijven.

Vandaag maak je kennis met de definitie, toepassingen, formule, afleiding, experimenten, voorbeelden en berekening van het principe van Archimedes.

Laten we beginnen!

Leer meer over vloeistofmechanica, het gebruik ervan en de typen met deze gids!

Het principe van Archimedes heeft betrekking op krachten die op een object worden uitgeoefend door vloeistoffen eromheen. Deze uitgeoefende kracht vermindert het nettogewicht van het object dat in een vloeistof is ondergedompeld. Dit principe kan ook worden gezien als de natuurkundige wet van het drijfvermogen, die ons helpt te begrijpen hoe schepen in water drijven.

Met andere woorden, elk object dat geheel of gedeeltelijk is ondergedompeld in een vloeistof of vloeistof, wordt omhoog gedreven door een kracht die gelijk is aan het gewicht van de vloeistof die door het object wordt verplaatst. In dit geval maakt het principe van Archimedes het mogelijk om het drijfvermogen te berekenen van elk drijvend object dat gedeeltelijk of volledig in een vloeistof is ondergedompeld.

De neerwaartse kracht op het voorwerp noemen we gewicht. De opwaartse of drijvende kracht op het object is wat het principe van Archimedes verklaarde. De netto kracht op het object is dus het verschil tussen de grootte van de opwaartse kracht en het gewicht ervan.

Als deze nettokracht negatief is, zinkt het object zeker, en als deze positief is, stijgt het object. Als het gewicht van het object nul is, heeft het object een neutraal drijfvermogen; dat wil zeggen, het blijft op zijn plaats zonder te zinken of te stijgen.

In eenvoudige bewoordingen stelt het principe van Archimedes dat wanneer een lichaam geheel of gedeeltelijk in een vloeistof wordt ondergedompeld, het een schijnbaar gewichtsverlies ervaart. Dit gewicht is gelijk aan het gewicht van de vloeistof die door het ondergedompelde deel van het lichaam wordt verplaatst.

Dit principe kan worden uitgedrukt als de opwaartse drijvende kracht die wordt uitgeoefend op een lichaam dat is ondergedompeld in een vloeistof, geheel of gedeeltelijk ondergedompeld, gelijk is aan het gewicht van de vloeistof die het lichaam verplaatst en in opwaartse richting werkt in het massamiddelpunt van de verplaatste vloeistof.

Toepassingen van het principe van Archimedes

Hieronder vindt u de toepassing van het principe van Archimedes op verschillende gebieden:

Onderzeeër:

De toepassingen van Archimedes in onderzeeërs zijn zo gebruikelijk vanwege hun relatie met de zee. Ze konden onder water blijven dankzij een onderdeel dat een ballasttank wordt genoemd en waardoor water erin kan stromen. Hierdoor bevindt de onderzeeër zich onder water in zijn positie, omdat het gewicht groter is dan de drijvende kracht.

Hydrometer:

Voor het meten van de relatieve dichtheid van vloeistoffen is een hydrometer een instrument dat wordt gebruikt. Het is gemaakt van een loden kogel waardoor ze verticaal op de vloeistof drijven. Wanneer de hydrometer lager zakt, zal de dichtheid van de vloeistof minder zijn.

Heteluchtballon:

Heteluchtballonnen kunnen in de lucht zweven omdat de drijvende kracht van de heteluchtballon kleiner is dan die van de omringende lucht. De ballon zal dus dalen als de drijvende kracht groter is. Dit wordt bereikt door de hoeveelheid hete lucht in de ballon te variëren.

Met deze gids zou je ook moeten zien hoe kracht de bewegingstoestand verandert!

De formule van het principe van Archimedes

Zoals eerder vermeld stelt de wet van Archimedes dat de drijvende kracht op een object gelijk is aan het gewicht van de vloeistof die door het object wordt verplaatst. Het wordt wiskundig geschreven als

• Fb =ρ x g x V, waarbij
• Fb is de drijvende kracht
• P is de dichtheid van een vloeistof
• V is het ondergedompelde volume
• g is de versnelling als gevolg van de zwaartekracht.

Afleiding van het principe van Archimedes

• De massa van de verplaatste vloeistof is.
• Massa =Dichtheid × Volume =ρ × V
• Dit komt omdat dichtheid (ρ) is gedefinieerd als
• Dichtheid, ρ =Massa/Volume =MV
• Het gewicht van die verplaatste vloeistof is dus
• Gewicht =Massa × Versnelling door zwaartekracht
• W =M × g =ρ × V × g
• Zo kunnen we, vanuit het principe van Archimedes, schrijven
• Het schijnbare gewichtsverlies =gewicht van het verplaatste water =ρ×V×g
• De stuwkracht is dus,
• Stuwkracht =ρ × V × g

Waar:

• ρ is de dichtheid van vloeistof
• V is het verplaatste vloeistofvolume

De stuwkracht wordt ook wel een drijvende kracht genoemd, omdat deze verantwoordelijk is voor het zweven van objecten. Deze vergelijking wordt daarom ook wel de wet van het drijfvermogen genoemd.

Opgeloste voorbeelden van het principe van Archimedes

Q1. Bereken de resulterende kracht als een stalen kogel met een straal van 6 cm in water wordt ondergedompeld.

• Ans:Gegeven,
• Straal van stalen kogel =6 cm =0,06 m
• Volume stalen kogel, V =4/3πr³
• V =43π(0,063)
• ∴V =9,05 × 10 m³
• Dichtheid van water, ρ =1000 kg.m⁻³
• Versnelling door zwaartekracht, g =9,8 m/s²-
• Formule uit het principe van Archimedes
• Fb =ρ × g × V
• Fb =(1000 kg.m⁻³) (9,8 m.s⁻²) (9,05 × 10 m³)
• ∴ Fb =8,87 N

Q2. Bereken de opwaartse kracht als een drijvend lichaam voor 95% in water is ondergedompeld. De dichtheid van water bedraagt 1000 kg/m³.

Antw:Gegeven,

• Dichtheid van water, p =1000 kg.m-3
• formule uit het principe van Archimedes
• Fb =ρ × g × V
  of
• Vb × ρb × g =ρ × g × V

Waar:

• ρ, g en V zijn de dichtheid, versnelling als gevolg van de zwaartekracht en het volume van het water
• Vb, ρb en g zijn het volume, de dichtheid en de versnelling als gevolg van de zwaartekracht van het ondergedompelde lichaam
• De vergelijking herschikken,
• ρb=VρVb
• Aangezien 95% van het lichaam ondergedompeld is,
• 0,95 × Vb =V
• ∴ ρb =950 kg.m⁻³

In deze gids zou je ook het drijfvermogen, de formule, voorbeelden en toepassingen ervan moeten zien!

Conclusie

Het principe van Archimedes heeft betrekking op krachten die op een object worden uitgeoefend door vloeistoffen eromheen. Deze uitgeoefende kracht vermindert het nettogewicht van het object dat in een vloeistof is ondergedompeld. Dit principe kan ook worden gezien als de natuurkundige wet van het drijfvermogen, die ons helpt te begrijpen hoe schepen in water drijven.