Kako razlike v tlaku tekočine ustvarjajo vzgon?

Vse tekočine so tekočine, zanimivo pa je, da niso vse tekočine tekočine. Vse, kar lahko teče - na primer plin - je tekočina in lahko ustvari vzgonsko silo. Vzgon nastane, kadar območja z višjim tlakom pod objektom silijo navzgor proti območjem z nižjim tlakom. Količina vzgonske sile, ki jo izvaja tekočina, pa se določi glede na prostornino predmeta in po Arhimedovem principu.

Preden lahko razumete, kako lahko razlike v tlaku tekočine vplivajo na vzgon, morate najprej razumeti, kako se tlak obnaša v tekočinah. Pascalovo načelo pravi, da se bo ob spremembi tlaka na katerem koli mestu v zaprtem sistemu ta sprememba tlaka občutila enako na vseh točkah tega sistema in v vseh smereh. To načelo je tisto, ki omogoča delovanje hidravličnih sistemov. Prav tako narekuje, da v telesu tekočine, kjer ni dodatnih dejavnikov, ki vplivajo na tlak, ostane tlak enak in enakomeren. Na Zemlji pa običajno obstaja vsaj še ena sila, ki povzroči variacijo tlaka tekočine, in ta sila je gravitacija.

Gravitacija vleče navzdol na vse, kar ima maso. Torej, ko gravitacija vleče telo tekočine navzdol, je teža tekočine v zgornjih delih telesa kopičite tekočino v spodnjih delih, kar ustvarja stopnjo naraščajočega pritiska, ko se premikate navzdol znotraj tega tekočina. Če se na primer potopite globoko v jezero, boste čutili naraščajoč pritisk v ušesih - in morda celo proti telesu - globlje ko se potopite. Če prenehate plavati navzdol, vas bo višji tlak pod vami potisnil nazaj proti območju nižjega tlaka. Na ta način je gravitacija ustvarila tlačno dinamiko, ki narekuje, da bo pod potopljenim predmetom vedno večji pritisk kot nad njim.

Grški filozof in matematik Arhimed je to razumevanje pritiska naredil še korak dlje in imel smisel o tem, zakaj tekočina na predmet uporabi določeno količino sile navzgor in povzroči, da se dvigne in plava ali pa mu omogoča umivalnik. Ugotovil je, da je sila navzgor enaka teži vode, ki jo je premaknil potopljeni predmet. Na primer, voda tehta en gram na kubični centimeter. Če potopite kroglo s prostornino 25 kubičnih centimetrov, boste izrinili 25 gramov vode. Zato bo nastala vzgonska sila na to kroglo 25 Newtonov (Newtoni so enote, ki merijo silo). Ta vzgonska sila vedno temelji na masi izpodrinjene vode in ne na masi predmeta.

Gostota je navsezadnje dejavnik, ki določa, ali bo predmet v tekočini lebdel, potonil ali ostal nevtralno ploveč. Če je na primer ta kubična centimetrska kroglica votla in napolnjena z zrakom, bo lažja od 25 gramov vode, ki jo je izpodrinila, in bo plavala. Če je kroglica narejena iz gostejšega materiala, na primer železa, je lahko veliko težja in se hitro potopi na dno vodnega telesa. Če potopite kroglo, ki tehta natanko 25 gramov, pa jo vzpenjajoča sila ne bo pregnala na površje, temveč jo preprosto preprečila, da bi potonila. Ta krogla bo ostala nevtralno živahna v telesu tekočine, dokler nanjo ne bo vplivala zunanja sila.