ทำไมยางถึงลอยน้ำได้

ศาสตร์แห่งความหนาแน่นและการลอยตัวกำหนดว่าวัตถุจะจมหรือลอยอยู่ในน้ำ ถ้าความหนาแน่นของวัตถุมากกว่าน้ำ มันจะจม ในทางกลับกัน ถ้าความหนาแน่นของวัตถุน้อยกว่าน้ำ วัตถุก็จะลอย ในกรณีของยางจะลอยได้เนื่องจากความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำมาก

ความหนาแน่นคือการวัดว่าวัตถุมีมวลเท่าใดในปริมาตรที่กำหนด โดยทั่วไปแล้วมวลมีหน่วยวัดเป็นกรัม และปริมาตรเป็นลูกบาศก์เซนติเมตร ยิ่งวัตถุมีความหนาแน่นมากเท่าใด วัตถุก็จะยิ่งมีน้ำหนักมากขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ถ้าวัตถุ A มีความหนาแน่น 10 และวัตถุ B มีความหนาแน่น 100 วัตถุ B จะมีน้ำหนักมากกว่าวัตถุ A ถึง 10 เท่า

หลักการของอาร์คิมิดีสประกาศว่าแรงลอยตัวบนวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำนั้นเท่ากับน้ำหนักของของไหลที่วัตถุถูกแทนที่ กล่าวอีกนัยหนึ่งว่า ถ้ามวลของวัตถุน้อยกว่ามวลของน้ำ สำหรับปริมาตรที่กำหนด วัตถุนั้นจะถูกผลักขึ้นไปที่พื้นผิวด้วยแรงลอยตัว ถ้ามวลของวัตถุมากกว่ามวลของน้ำ สำหรับปริมาตรที่กำหนด วัตถุจะจมลงเพราะแรงลอยตัวไม่แรงพอที่จะรองรับวัตถุ

การลอยตัวขึ้นอยู่กับสองปัจจัย: มวลและปริมาตร สิ่งเหล่านี้เป็นปัจจัยสองอย่างเดียวกันกับที่กำหนดความหนาแน่นของวัตถุ เพื่อเปรียบเทียบมวลสัมพัทธ์ของวัตถุกับน้ำ ประเด็นเรื่องปริมาตรต้องถูกลบออกจากสมการ ทำได้โดยการเปรียบเทียบความหนาแน่นของวัตถุกับความหนาแน่นของน้ำ ความหนาแน่นของน้ำ ถึงแม้จะแปรผันเล็กน้อยตามอุณหภูมิ แต่จะถือว่าอยู่ที่ 1 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร โดยการเปรียบเทียบความหนาแน่นนี้กับความหนาแน่นของวัตถุอื่น จะสามารถระบุได้ว่าความหนาแน่นสัมพัทธ์ของวัตถุนั้นสูงหรือต่ำกว่าน้ำ ถ้าสูงก็จะจม ถ้าต่ำก็จะลอย

ความหนาแน่นของยางอ่อนคือ 0.11 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ถ้าคุณมีลูกบาศก์ยางที่มีด้านเท่ากับ 10 เซนติเมตร ปริมาตรของมันจะเป็น 1,000 ลูกบาศก์เซนติเมตร มวลของก้อนยางนี้จะเท่ากับความหนาแน่นของมันคูณด้วย 1,000 หรือ 110 กรัม ถ้าใส่ก้อนยางนี้ลงไปในน้ำ มันจะแทนที่น้ำ 1,000 ลูกบาศก์เซนติเมตร มวลของน้ำที่ถูกแทนที่จะเท่ากับความหนาแน่นของมันคูณด้วย 1,000 หรือ 1,000 กรัม หลักการของอาร์คิมิดีสระบุว่ายางจะลอยได้เนื่องจากแรงลอยตัวของน้ำซึ่งเท่ากับ 1,000 กรัม จะมากกว่าน้ำหนักของก้อนยาง 110 กรัม แม้ว่าสิ่งนี้จะแสดงให้เห็นคณิตศาสตร์เบื้องหลังการลอยตัวของยาง แต่สิ่งที่จำเป็นจริงๆ ก็คือเพียงแค่เปรียบเทียบความหนาแน่นของยางกับความหนาแน่นของน้ำ เนื่องจากวิธีนี้จะทำให้ปริมาตรออกจากสมการทั้งหมด เนื่องจากความหนาแน่นของยางน้อยกว่าน้ำ คุณจึงรู้ว่ายางจะลอยได้ ไม่ว่าคุณจะแช่ยางมากแค่ไหนก็ตาม