Kā šķidruma spiediena atšķirības rada peldspēju?

Visi šķidrumi ir šķidrumi, bet interesanti, ka ne visi šķidrumi ir šķidrumi. Viss, kas var plūst, piemēram, gāze, ir šķidrums un var radīt strauju spēku. Peldspēja tiek radīta, ja augstāka spiediena apgabali zem objekta iedarbojas uz augšu pret zemāka spiediena apgabaliem. Peldošā spēka daudzumu, ko rada šķidrums, tomēr nosaka objekta tilpums un pēc Arhimēda principa.

Lai saprastu, kā šķidruma spiediena atšķirības var ietekmēt peldspēju, vispirms ir jāsaprot, kā spiediens izturas šķidrumos. Paskāla princips nosaka, ka, mainot spiedienu jebkurā slēgtās sistēmas vietā, šī spiediena maiņa būs vienlīdz jūtama visos šīs sistēmas punktos un visos virzienos. Šis princips ļauj hidrauliskajām sistēmām darboties. Tas arī nosaka, ka šķidruma ķermenī, kur nav papildu faktoru, kas ietekmē spiedienu, spiediens paliks nemainīgs un vienmērīgs. Tomēr uz Zemes parasti ir vismaz viens cits spēks, kas izraisa šķidruma spiediena dispersiju, un šis spēks ir gravitācija.

Gravitācija velk uz leju visu, kam ir masa. Tāpēc, kad gravitācija velk uz leju šķidruma ķermeni, šķidruma svars ķermeņa augšdaļās pāļu uz šķidruma apakšējās daļās, radot pieaugoša spiediena pakāpi, pārvietojoties tajā uz leju šķidrums. Piemēram, ja jūs ienirstat dziļi ezerā, jūs sajutīsiet pieaugošu spiedienu ausīs - un varbūt pat pret ķermeni - jo dziļāk jūs ienirstat. Ja jūs pārtraucat peldēšanu uz leju, augstāks spiediens zem jums spiedīs jūs augšup virzienā uz zemāku spiedienu. Tādā veidā gravitācija ir radījusi spiediena dinamiku, kas nosaka, ka zem iegremdēta objekta vienmēr būs lielāks spiediens nekā virs tā.

Grieķu filozofs un matemātiķis Arhimēds šo spiediena izpratni spēra vēl vienu soli tālāk un saprata kāpēc šķidrums pielieto objektam noteiktu daudzumu augšupejoša spēka un liek tam vai nu pacelties, peldēt, vai arī ļaut tam izlietne. Viņš noteica, ka augšupejošais spēks ir vienāds ar ūdens svaru, kuru pārvieto zem ūdens iegremdētais objekts. Piemēram, ūdens sver vienu gramu uz kubikcentimetru. Ja jūs iegremdējat bumbu ar tilpumu 25 kubikcentimetri, jums būs jāpārvieto 25 grami ūdens. Tāpēc uz šo bumbu iegūtais peldošais spēks būs 25 ņūtoni (ņūtoni ir mērvienības, kas mēra spēku). Šis peldošais spēks vienmēr balstās uz pārvietotā ūdens masu, nevis uz objekta masu.

Blīvums galu galā ir faktors, kas nosaka, vai objekts peldēs, nogrims vai paliks neitrāli peldošs šķidrumā. Piemēram, ja šī 25 kubikcentimetru bumba ir dobja un piepildīta ar gaisu, tā būs vieglāka par 25 gramiem ūdens, ko tā ir izstumusi, un peldēs. Ja bumba ir izgatavota no blīvāka materiāla, piemēram, dzelzs, tā var būt daudz smagāka un ātri nogrimt ūdenstilpes apakšā. Ja jūs iegremdējat bumbu, kas sver tieši 25 gramus, peldošais spēks to nepadarīs līdz virsmai, bet vienkārši pasargās to no grimšanas. Šī bumba šķidruma ķermenī paliks neitrāli peldoša, līdz to iedarbinās ārējs spēks.