Věda o hustotě a vztlaku určuje, zda se předměty budou potápět nebo plavat ve vodě. Pokud je hustota objektu větší než voda, potopí se. Naopak, pokud je hustota objektu menší než voda, bude plavat. V případě kaučuku plave, protože jeho hustota je mnohem menší než hustota vody.
Hustota
Hustota je měřítkem toho, kolik hmoty má objekt pro daný objem. Hmotnost se obvykle měří v gramech a objem v kubických centimetrech. Čím je předmět hustší, tím více bude vážit. Například pokud má objekt A hustotu 10 a objekt B má hustotu 100; objekt B bude vážit 10krát více než objekt A.
Vztlak
Archimédův princip deklaruje, že vztlaková síla na ponořený objekt se rovná hmotnosti kapaliny vytlačené objektem. Jinak řečeno, je-li hmotnost objektu menší než hmotnost vody, bude pro daný objem objekt vztlakován vzestupnou silou nahoru. Pokud je hmotnost objektu větší než hmotnost vody, pro daný objem se objekt potopí, protože vztlaková síla není dostatečně silná, aby objekt unesla.
Vztah hustoty s vztlakem
Vztlak závisí na dvou faktorech: hmotnosti a objemu. Jsou to shodné dva faktory, které určují hustotu objektu. Aby bylo možné porovnat relativní hmotnosti objektu a vody, je třeba z rovnice odstranit otázku objemu. Toho je dosaženo porovnáním hustoty objektu s hustotou vody. Hustota vody, i když se mírně liší v závislosti na teplotě, se předpokládá 1 gram na centimetr krychlový. Porovnáním této hustoty s hustotou jakéhokoli jiného objektu lze určit, zda je relativní hustota objektu vyšší nebo nižší než hustota vody. Pokud je vyšší, potopí se a pokud je nižší, bude plavat.
Guma ve vodě
Hustota měkké gumy je 0,11 gramu na kubický centimetr. Pokud byste měli gumovou kostku se stranami rovnými 10 centimetrů, její objem by byl 1 000 kubických centimetrů. Hmotnost této gumové kostky by se rovnala její hustotě vynásobené 1000 nebo 110 gramy. Pokud by byla tato gumová kostka umístěna do vody, vytlačila by 1 000 kubických centimetrů vody. Hmotnost vytlačené vody by se rovnala její hustotě vynásobené 1 000 nebo 1 000 gramy. Archimédův princip uvádí, že kaučuk by plaval, protože vztlaková síla vody, ekvivalentní 1 000 gramům, by byla větší než hmotnost gumové kostky, 110 gramů. I když to ukazuje matematiku, která stojí za vztlakem gumy, stačí pouze jednoduše porovnat jeho hustotu s hustotou vody, protože to zcela vylučuje objem z rovnice. Protože hustota gumy je menší než hustota vody, víte, že bude plavat - bez ohledu na to, kolik gumy ponoříte.