Dlaczego guma unosi się w wodzie?

Nauka o gęstości i pływalności decyduje o tym, czy obiekty zatoną, czy unoszą się w wodzie. Jeśli gęstość obiektu jest większa niż wody, zatonie. I odwrotnie, jeśli gęstość obiektu jest mniejsza niż woda, unosi się. W przypadku gumy pływa, ponieważ jej gęstość jest znacznie mniejsza niż wody.

Gęstość jest miarą masy obiektu w danej objętości. Masa jest zwykle mierzona w gramach, a objętość w centymetrach sześciennych. Im gęstszy obiekt, tym więcej będzie ważył. Na przykład, jeśli obiekt A ma gęstość 10, a obiekt B ma gęstość 100; obiekt B waży 10 razy więcej niż obiekt A.

Zasada Archimedesa mówi, że siła wyporu działająca na zanurzony obiekt jest równa ciężarowi płynu wypartego przez ten obiekt. Innymi słowy, jeśli masa obiektu jest mniejsza niż masa wody, dla danej objętości, obiekt zostanie wypchnięty w górę na powierzchnię przez siłę wyporu. Jeżeli masa obiektu jest większa niż masa wody, dla danej objętości obiekt zatonie, ponieważ siła wyporu nie jest wystarczająco silna, aby go podtrzymać.

Wyporność zależy od dwóch czynników: masy i objętości. Tak się składa, że ​​są to te same dwa czynniki, które określają gęstość obiektu. Aby porównać względne masy ciała i wody, należy z równania usunąć kwestię objętości. Osiąga się to poprzez porównanie gęstości obiektu z gęstością wody. Przyjmuje się, że gęstość wody, choć zmienia się nieznacznie w zależności od temperatury, wynosi 1 gram na centymetr sześcienny. Porównując tę ​​gęstość z gęstością dowolnego innego obiektu, można określić, czy gęstość względna obiektu jest wyższa czy niższa niż gęstość wody. Jeśli jest wyższy, to opadnie, a jeśli jest niższy, unosi się.

Gęstość miękkiej gumy wynosi 0,11 grama na centymetr sześcienny. Gdybyś miał gumową kostkę o bokach równych 10 centymetrom, jej objętość wynosiłaby 1000 centymetrów sześciennych. Masa tej gumowej kostki byłaby równa jej gęstości pomnożonej przez 1000, czyli 110 gramów. Gdyby ta gumowa kostka została umieszczona w wodzie, wyparłaby 1000 centymetrów sześciennych wody. Masa wypartej wody byłaby równa jej gęstości pomnożonej przez 1000, czyli 1000 gramów. Zasada Archimedesa mówi, że guma unosiłaby się, ponieważ siła wyporu wody, równa 1000 gramów, byłaby większa niż waga gumowej kostki, czyli 110 gramów. Chociaż pokazuje to matematykę stojącą za wyporem gumy, wszystko, czego naprawdę potrzeba, to po prostu porównać jej gęstość z gęstością wody, ponieważ całkowicie eliminuje to objętość. Ponieważ gęstość gumy jest mniejsza niż wody, wiesz, że będzie unosić się na wodzie – bez względu na to, ile gumy zanurzysz.