ความแตกต่างของแรงดันของของไหลทำให้เกิดการลอยตัวได้อย่างไร

ของเหลวทั้งหมดเป็นของเหลว แต่ที่น่าสนใจไม่ใช่ของเหลวทั้งหมดที่เป็นของเหลว อะไรก็ตามที่ไหลได้ เช่น แก๊ส ก็คือของไหล และสามารถสร้างแรงลอยตัวได้ การลอยตัวเกิดขึ้นเมื่อบริเวณที่มีความกดอากาศสูงกว่าใต้วัตถุออกแรงดันขึ้นไปยังบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำ อย่างไรก็ตาม ปริมาณของแรงลอยตัวที่ของไหลออกแรงนั้น ถูกกำหนดโดยปริมาตรของวัตถุและตามหลักการของอาร์คิมิดีส

ก่อนที่คุณจะเข้าใจว่าความแตกต่างของความดันของของไหลส่งผลต่อการลอยตัวได้อย่างไร ก่อนอื่นคุณต้องเข้าใจก่อนว่าความดันทำงานอย่างไรในของเหลว หลักการของ Pascal ระบุว่าเมื่อความดันเปลี่ยนแปลงที่ตำแหน่งใดๆ ภายในระบบปิด การเปลี่ยนแปลงของแรงดันจะรู้สึกเท่าเทียมกันทุกจุดภายในระบบนั้นและในทุกทิศทาง หลักการนี้คือสิ่งที่ช่วยให้ระบบไฮดรอลิกทำงาน นอกจากนี้ยังกำหนดว่าภายในร่างกายของของเหลวที่ไม่มีปัจจัยเพิ่มเติมใดๆ ที่ส่งผลต่อความดัน ความดันจะคงที่และสม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม บนโลกมักจะมีแรงอื่นอย่างน้อยหนึ่งแรงที่ทำให้เกิดความแปรปรวนในความดันของของไหล และแรงนั้นก็คือแรงโน้มถ่วง

แรงโน้มถ่วงดึงทุกสิ่งที่มีมวลลงมา ดังนั้นเมื่อแรงโน้มถ่วงดึงตัวของเหลวลงน้ำหนักของของเหลวในส่วนบนของร่างกาย กองกับของเหลวในส่วนล่างสร้างระดับของความดันที่เพิ่มขึ้นเมื่อคุณเลื่อนลงภายในนั้น ของเหลว ตัวอย่างเช่น หากคุณดำดิ่งลงไปในทะเลสาบ คุณจะรู้สึกกดดันในหูมากขึ้น และอาจถึงกับกระทบร่างกาย ยิ่งดำน้ำลึก หากคุณหยุดว่ายลงด้านล่าง ความกดอากาศที่สูงขึ้นด้านล่างคุณจะผลักคุณกลับขึ้นไปยังบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำ ด้วยวิธีนี้แรงโน้มถ่วงได้สร้างไดนามิกของแรงดันซึ่งกำหนดว่าภายใต้วัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำจะมีแรงกดดันมากกว่าเสมอ

อาร์คิมิดีส นักปรัชญาและนักคณิตศาสตร์ชาวกรีก ได้เข้าใจความกดดันนี้ไปอีกขั้นหนึ่ง และทำให้เข้าใจได้ เหตุใดของไหลจึงใช้แรงขึ้นจำนวนหนึ่งกับวัตถุและทำให้วัตถุลอยขึ้นและลอยหรือยอมให้ จม. เขาระบุว่าแรงขึ้นนั้นเท่ากับน้ำหนักของน้ำที่ถูกแทนที่โดยวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำ ตัวอย่างเช่น น้ำมีน้ำหนักหนึ่งกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร หากคุณแช่ลูกบอลที่มีปริมาตร 25 ลูกบาศก์เซนติเมตร คุณจะต้องแทนที่น้ำ 25 กรัม ดังนั้น แรงลอยตัวที่เกิดบนลูกบอลนั้นจะเท่ากับ 25 นิวตัน (นิวตันเป็นหน่วยที่วัดแรง) อย่างไรก็ตาม แรงลอยตัวจะขึ้นอยู่กับมวลของน้ำที่ถูกแทนที่เสมอ ไม่ใช่มวลของวัตถุ

ความหนาแน่นเป็นปัจจัยที่กำหนดในที่สุดว่าวัตถุจะลอย จม หรือคงลอยอยู่ในของเหลวอย่างเป็นกลาง ตัวอย่างเช่น ถ้าลูกบอลขนาด 25 ลูกบาศก์เซนติเมตรเป็นโพรงและเติมอากาศเข้าไป มันจะเบากว่าน้ำ 25 กรัมที่ลูกบอลเคลื่อนตัวและจะลอยได้ หากลูกบอลทำจากวัสดุที่มีความหนาแน่นสูง เช่น เหล็ก ลูกบอลอาจหนักกว่ามากและจมลงสู่ก้นน้ำอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม หากคุณแช่ลูกบอลที่มีน้ำหนัก 25 กรัมพอดี แรงลอยตัวจะไม่ผลักลูกบอลขึ้นไปที่พื้นผิว แต่เพียงป้องกันไม่ให้จม ลูกบอลนี้จะยังคงลอยอยู่อย่างเป็นกลางในร่างกายของของไหลจนกว่าจะได้รับแรงจากภายนอก