Miksi kumi kelluu vedessä

Tiede tiheydestä ja kelluvuudesta määrittää, uppoutuvatko vai kelluvatko aineet veteen. Jos kohteen tiheys on suurempi kuin vesi, se uppoaa. Vastaavasti, jos kohteen tiheys on pienempi kuin vesi, se kelluu. Kumin tapauksessa se kelluu, koska sen tiheys on paljon pienempi kuin veden.

Tiheys mittaa kuinka paljon esineellä on massa tietylle tilavuudelle. Massa mitataan tyypillisesti grammoina ja tilavuus kuutiosenttimetreinä. Mitä tiheämpi esine on, sitä enemmän se painaa. Esimerkiksi, jos kohteen A tiheys on 10 ja kohteen B tiheys 100; esine B painaa 10 kertaa enemmän kuin esine A.

Archimedesin periaate julistaa, että veden alla olevan kohteen kelluva voima on yhtä suuri kuin kohteen syrjäyttämän nesteen paino. Toisin sanoen, jos kohteen massa on pienempi kuin veden massa, annetulle tilavuudelle esine pakotetaan kohoavalla voimalla ylöspäin pintaan. Jos kohteen massa on suurempi kuin veden massa, annetulla tilavuudella esine uppoaa, koska kelluva voima ei ole tarpeeksi vahva tukemaan kohdetta.

Kelluvuus riippuu kahdesta tekijästä: massasta ja tilavuudesta. Nämä sattuvat olemaan samat kaksi tekijää, jotka määrittävät kohteen tiheyden. Kohteen ja veden suhteellisten massojen vertaamiseksi on yhtälöstä poistettava tilavuuskysymys. Tämä saavutetaan vertaamalla kohteen tiheyttä veden tiheyteen. Veden tiheyden oletetaan olevan 1 gramma kuutiosenttimetriä kohti, vaikka se vaihtelee hieman lämpötilasta riippuen. Vertaamalla tätä tiheyttä minkä tahansa muun kohteen tiheyteen voidaan määrittää, onko kohteen suhteellinen tiheys suurempi tai pienempi kuin veden. Jos se on korkeampi, se uppoaa ja jos se on alempi, se kelluu.

Pehmeän kumin tiheys on 0,11 grammaa kuutiosenttimetriä kohti. Jos sinulla olisi kumikuutio, jonka sivut ovat 10 senttimetriä, sen tilavuus olisi 1000 kuutiosenttimetriä. Tämän kumikuution massa olisi sama kuin sen tiheys kerrottuna 1 000: lla tai 110 grammalla. Jos tämä kumikuutio asetettaisiin veteen, se syrjäyttäisi 1000 kuutiometriä vettä. Siirtyvän veden massa olisi yhtä suuri kuin sen tiheys kerrottuna 1 000: lla tai 1 000 grammalla. Archimedeksen periaatteen mukaan kumi kelluu, koska veden kelluva voima, joka vastaa 1000 grammaa, olisi suurempi kuin kumikuution paino, 110 grammaa. Vaikka tämä osoittaa kumin kelluvuuden takana olevan matematiikan, tarvitsee vain verrata sen tiheyttä veden tiheyteen, koska tämä ottaa tilavuuden kokonaan pois yhtälöstä. Koska kumin tiheys on pienempi kuin veden, tiedät, että se kelluu - riippumatta siitä, kuinka paljon kumia upotat.