Γιατί το καουτσούκ επιπλέει στο νερό

Η επιστήμη της πυκνότητας και της πλευστότητας καθορίζει εάν τα αντικείμενα θα βυθιστούν ή θα επιπλέουν στο νερό. Εάν η πυκνότητα ενός αντικειμένου είναι μεγαλύτερη από το νερό, θα βυθιστεί. Αντίθετα, εάν η πυκνότητα ενός αντικειμένου είναι μικρότερη από το νερό, θα επιπλέει. Στην περίπτωση του καουτσούκ, επιπλέει επειδή η πυκνότητά του είναι πολύ μικρότερη από αυτή του νερού.

Η πυκνότητα είναι ένα μέτρο της μάζας που έχει ένα αντικείμενο για έναν δεδομένο όγκο. Η μάζα μετράται συνήθως σε γραμμάρια και ο όγκος σε κυβικά εκατοστά. Όσο πιο πυκνό είναι ένα αντικείμενο, τόσο περισσότερο θα ζυγίζει. Για παράδειγμα, εάν το αντικείμενο Α έχει πυκνότητα 10 και το αντικείμενο Β έχει πυκνότητα 100. το αντικείμενο Β θα ζυγίζει 10 φορές περισσότερο από το αντικείμενο Α.

Η αρχή του Αρχιμήδη δηλώνει ότι η πλευστή δύναμη σε ένα βυθισμένο αντικείμενο είναι ίση με το βάρος του ρευστού που μετατοπίζεται από το αντικείμενο. Δηλώνεται με άλλο τρόπο, εάν η μάζα του αντικειμένου είναι μικρότερη από τη μάζα του νερού, για τον δεδομένο όγκο, το αντικείμενο θα ωθηθεί προς τα πάνω στην επιφάνεια από την πλευστή δύναμη. Εάν η μάζα του αντικειμένου είναι μεγαλύτερη από τη μάζα του νερού, για τον δεδομένο όγκο, το αντικείμενο θα βυθιστεί επειδή η πλευστή δύναμη δεν είναι αρκετά ισχυρή για να υποστηρίξει το αντικείμενο.

Η πλευστότητα εξαρτάται από δύο παράγοντες: τη μάζα και τον όγκο. Αυτοί συμβαίνουν να είναι οι ίδιοι δύο παράγοντες που καθορίζουν την πυκνότητα ενός αντικειμένου. Για να συγκρίνετε τις σχετικές μάζες ενός αντικειμένου και νερού, το ζήτημα του όγκου πρέπει να αφαιρεθεί από την εξίσωση. Αυτό επιτυγχάνεται συγκρίνοντας την πυκνότητα του αντικειμένου με την πυκνότητα του νερού. Η πυκνότητα του νερού, αν και ποικίλλει ελαφρώς ανάλογα με τη θερμοκρασία, υποτίθεται ότι είναι 1 γραμμάριο ανά κυβικό εκατοστό. Συγκρίνοντας αυτήν την πυκνότητα με την πυκνότητα οποιουδήποτε άλλου αντικειμένου, μπορεί να προσδιοριστεί εάν η σχετική πυκνότητα του αντικειμένου είναι υψηλότερη ή χαμηλότερη από εκείνη του νερού. Εάν είναι υψηλότερο, θα βυθιστεί και εάν είναι χαμηλότερο, θα επιπλέει.

Η πυκνότητα του μαλακού καουτσούκ είναι 0,11 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Εάν είχατε ένα λαστιχένιο κύβο με πλευρές ίσες με 10 εκατοστά, ο όγκος του θα ήταν 1.000 κυβικά εκατοστά. Η μάζα αυτού του καουτσούκ κύβου θα είναι ίση με την πυκνότητά του πολλαπλασιαζόμενη επί 1.000 ή 110 γραμμάρια. Εάν αυτός ο λαστιχένιος κύβος τοποθετηθεί στο νερό, θα αντικαθιστά 1.000 κυβικά εκατοστά νερού. Η μάζα του εκτοπισμένου νερού θα είναι ίση με την πυκνότητά του πολλαπλασιαζόμενη επί 1.000 ή 1.000 γραμμάρια. Η αρχή του Αρχιμήδη αναφέρει ότι το καουτσούκ θα επιπλέει επειδή η πλευστή δύναμη του νερού, που ισοδυναμεί με 1.000 γραμμάρια, θα είναι μεγαλύτερη από το βάρος του ελαστικού κύβου, 110 γραμμάρια. Αν και αυτό δείχνει τα μαθηματικά πίσω από την πλευστότητα του καουτσούκ, το μόνο που απαιτείται είναι να συγκρίνουμε απλά την πυκνότητά του με αυτή του νερού, καθώς αυτό παίρνει τον όγκο εντελώς έξω από την εξίσωση. Επειδή η πυκνότητα του καουτσούκ είναι μικρότερη από εκείνη του νερού, ξέρετε ότι θα επιπλέει - ανεξάρτητα από το πόσο καουτσούκ βυθίζετε.