74-75 / 83
74
75
Námsgagnastofnum 2015
–
07011
EÐLIS- OG STJÖRNUFRÆÐI
Samkvæmt skilgreiningu þrýstings er hann kraftur á flatarmál. Því er
krafturinn frá vatninu stærri á neðri hlið kassans en á efri hliðina vegna þess
að þrýstingurinn vex eftir því sem farið er niður á við. Sama gildir almennt
um hluti í lofti eða vökva: Krafturinn sem verkar á þá að neðanverðu er
meiri heldur en krafturinn sem verkar á þá að ofanverðu.
Af hverju ætli sumir hlutir sökkvi og aðrir fljóti? Til þess að svara þessari
spurningu skulum við skoða mikilvægt lögmál í eðlisfræði sem er kennt við
Grikkjann Arkimedes.
Lögmál Arkimedesar segir að hlutir léttist í vökva eða lofti
Þegar hlutur er ofan í vökva þá ryður hann frá sér hluta af vökvanum.
Lögmál Arkimedesar segir að hlutur léttist um þyngd þess vökva sem hann
ýtir frá sér. Til þess að sjá hvernig þetta lögmál virkar getum við skoðað
nokkur dæmi. Fyrr í kaflanum tókum við dæmi um Bjarna sem virkaði
léttari af því að hann sat í heitum potti. Bjarni virðist léttari vegna þess að
vatnið verkar með flotkrafti á hann. Bjarni ýtti frá sér vatni þegar hann fór
ofan í heita pottinn og léttist um þyngd vatnsins sem hann ýtti frá sér.
Eðlismassi ræður því hvort hlutur flýtur eða sekkur
Til þess að hlutur geti flotið í vökva þarf hann að ryðja frá sér vökva
sem hefur sama massa og hluturinn sjálfur. Til þess að það sé mögulegt
þá þarf hluturinn að hafa eðlismassa sem er minni eða jafn eðlismassa
vökvans.
Bókstafurinn m táknar massa í kílógrömmum (kg) og bókstafurinn
V táknar rúmmál í rúmmetrum (m
3
).Mælieiningin fyrir eðlismassann
E verður því kílógrömm á rúmmetra (kg/m
3
) samkvæmt SI eininga
kerfinu. Í efnafræði er oft notuð einingin grömm á rúmsentímetra
(g/cm
3
). Það er hægt að nota báðar aðferðirnar en þá verður að gæta
þess að nota réttar einingar í útreikningum og að skrifa mælieininguna
fyrir aftan eðlismassann.
Eðlismassa vatns má tákna sem e
vatn
= 1.000 kg/m
3
= 1g/cm
3
Jafnan fyrir eðlismassa vatns segir að einn rúmmetri (1 m
3
) af vatni
vegi 1.000 kg og að einn rúmsentímetri (1 cm
3
) af vatni vegi 1 g.
Þrýstingurinn frá vatninu vex eftir því sem farið er niður á meira dýpi. Krafturinn frá
vatninu er þess vegna meiri á neðri hlið kassans en þá efri. Flotkrafturinn er mismunurinn á
kröftunum ofan á og undir kassann og stefnir upp á við
Eðlismassa
má finna út frá
massa og rúmmáli:
Eðlismassi =
e =
e er táknið fyrir eðlismassa,
m fyrir massa og
V fyrir rúmmál.
m
V
massi
rúmmál
Eðlismassi nokkurra efna
Efni
Eðlismassi
Viður
um 0,6 g/cm
3
(misjafnt eftir tegundum)
Olía
um 0,85 g/cm
3
(misjafnt eftir tegundum)
Ís
0,92 g/cm
3
Vatn
1 g/cm
3
Ál
2,7 g/cm
3
Járn
7,9 g/cm
3
Kvikasilfur
13,5 g/cm
3
Gull
19,3 g/cm
3
verkLEG ATHUGUN
Flýtur hluturinn eða sekkur hann?
Þessa athugun er hægt að framkvæma í skólanum eða heimavið. Fyrst er safnað saman nokkrum hlutum
sem mega blotna og eru ólíkir í laginu og misþungir. Með því að láta vatn renna í eldhúsvask eða stóran,
gegnsæjan plastbala er hægt að athuga hvort hlutirnir sökkvi eða ekki. Fyrir hvern hlut skuluð þið fyrst
svara spurningunni: Flýtur hluturinn eða sekkur hann? Svarið kemur í ljós þegar hluturinn er settur út
í vatnið. Af hverju sökkva sumir hlutirnir á meðan aðrir fljóta?