Zašto guma pluta u vodi

Znanost o gustoći i uzgonu određuje hoće li predmeti potonuti ili plutati u vodi. Ako je gustoća predmeta veća od vode, potonuti će. Suprotno tome, ako je gustoća objekta manja od vode, plutat će. U slučaju gume pluta jer je njena gustoća daleko manja od gustoće vode.

Gustoća je mjera mase tijela koji objekt posjeduje za određeni volumen. Masa se obično mjeri u gramima, a volumen u kubnim centimetrima. Što je objekt gušći, to će više težiti. Na primjer, ako objekt A ima gustoću 10, a objekt B gustoću 100; objekt B težit će 10 puta više od predmeta A.

Arhimedov princip izjavljuje da je uzletna sila na potopljeni objekt jednaka težini tekućine koju je objekt istisnuo. Drugim riječima, ako je masa predmeta manja od mase vode, za dati volumen, objekt će biti potisnut prema gore uzlaznom silom. Ako je masa predmeta veća od mase vode, za zadani volumen objekt će potonuti jer uzletna sila nije dovoljno jaka da podupire objekt.

Uzgon ovisi o dva čimbenika: masi i volumenu. To su ista dva čimbenika koji određuju gustoću objekta. Da bi se usporedile relativne mase predmeta i vode, pitanje volumena mora se ukloniti iz jednadžbe. To se postiže usporedbom gustoće predmeta s gustoćom vode. Pretpostavlja se da gustoća vode, iako malo varira ovisno o temperaturi, iznosi 1 gram po kubičnom centimetru. Usporedbom ove gustoće s gustoćom bilo kojeg drugog predmeta može se utvrditi je li relativna gustoća predmeta veća ili manja od gustoće vode. Ako je viši, potonuti će, a ako je niži, lebdjeti će.

Gustoća meke gume je 0,11 grama po kubnom centimetru. Da imate gumenu kocku sa stranicama jednakim 10 centimetara, njezin volumen bio bi 1.000 kubičnih centimetara. Masa ove gumene kocke bila bi jednaka njezinoj gustoći pomnoženoj s 1.000 ili 110 grama. Kad bi se ova gumena kocka stavila u vodu, istisnula bi 1.000 kubičnih centimetara vode. Masa istisnute vode bila bi jednaka njezinoj gustoći pomnoženoj s 1.000 ili 1.000 grama. Arhimedov princip kaže da bi guma plutala jer bi sila uzgona vode, jednaka 1.000 grama, bila veća od težine gumene kocke, 110 grama. Iako ovo pokazuje matematiku koja stoji iza uzgona gume, sve što je stvarno potrebno jest jednostavno usporediti njezinu gustoću s gustinom vode, jer ovo potpuno izuzima volumen iz jednadžbe. Budući da je guma gustoća manja od gustoće vode, znate da će plutati - bez obzira na to koliko gume potopite.