Наука про щільність та плавучість визначає, занурюватимуться чи плаватимуть предмети у воді. Якщо щільність об’єкта перевищує воду, він зануриться. І навпаки, якщо щільність об’єкта менше води, він буде плавати. У випадку з гумою вона плаває, оскільки її щільність набагато менша, ніж щільність води.
Щільність
Щільність - це міра того, якою масою має об’єкт для даного об’єму. Маса зазвичай вимірюється в грамах, а об’єм - у кубічних сантиметрах. Чим щільніший предмет, тим більше він буде важити. Наприклад, якщо об’єкт A має щільність 10, а об’єкт B - 100; об’єкт В важитиме в 10 разів більше об’єкта А.
Плавучість
Принцип Архімеда проголошує, що плавуча сила на занурений об’єкт дорівнює вазі рідини, що витісняється об’єктом. По-іншому, якщо маса об’єкта менша за масу води, для даного об’єму об’єкт буде виштовхнутий на поверхню підштовхувальною силою. Якщо маса об’єкта перевищує масу води, для даного об’єму об’єкт опуститься, оскільки виштовхуюча сила недостатньо сильна, щоб підтримувати об’єкт.
Зв'язок щільності з плавучістю
Плавучість залежить від двох факторів: маси та обсягу. Це випадки однакові два фактори, що визначають щільність об’єкта. Для того, щоб порівняти відносні маси об'єкта та води, питання обсягу потрібно вилучити з рівняння. Це досягається порівнянням густини об’єкта з густиною води. Припускається, що густина води, хоча і дещо коливається залежно від температури, становить 1 грам на кубічний сантиметр. Порівнюючи цю щільність із щільністю будь-якого іншого об'єкта, можна визначити, чи відносна щільність об'єкта вища чи менша, ніж у води. Якщо вона вище, вона потоне, а якщо нижче, то попливе.
Гума у воді
Щільність м’якої гуми - 0,11 грам на кубічний сантиметр. Якби у вас був гумовий куб зі сторонами, рівними 10 сантиметрам, його об’єм склав би 1000 кубічних сантиметрів. Маса цього гумового куба дорівнювала б його щільності, помноженій на 1000 або 110 грамів. Якби цей гумовий куб помістили у воду, він витіснив би 1000 кубічних сантиметрів води. Маса витісненої води дорівнювала б її щільності, помноженій на 1000 або 1000 грам. Принцип Архімеда стверджує, що каучук буде плавати, тому що плавуча сила води, еквівалентна 1000 грамам, буде більшою, ніж вага гумового куба, 110 грамів. Незважаючи на те, що це демонструє математичну плавучість гуми, все, що насправді потрібно, це просто порівняти її щільність із щільністю води, оскільки це повністю виводить об’єм із рівняння. Оскільки щільність гуми менше щільності води, ви знаєте, що вона буде плавати - незалежно від того, скільки гуми ви занурюєте.