[Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

Andy

Eigenlijk stom vraagje, erg essentieel, maar discussie gehad en we komen er niet uit...

Stel, je hangt een voorwerp in bokaal met water => er is een archimedeskracht (omhoog)

maar wat als je het voorwerp op grond van de bokaal legt, is er dan ook een archimedeskracht? Kdacht eerst van niet: er kan geen water onder het voorwerp en dus niet naar omhoog drukken... maar langs andere kant, als ge iets heel lichts op de bodem zou leggen (iemand gaf tegenvoorbeeld van een strandbal, klopt niet want daar kan lucht onder), kan ik me wel voorstellen dat het naar omhoog gaat?

vraag is dus vrij essentieel: als je iets op de bodem van een bokaal legt, werkt er dan ook een archimedeskracht op?

Groeten

Andy

Bart

Bij een voorwerp met een lagere dichtheid dan het water waarin het drijft wordt de zwaartekracht compleet opgeheven door de drijfkracht (of zoals jij het noemt archimedeskracht). Neem je nu een baksteen, dan zal deze op de bodem liggen. Het water oefent een drijfkracht op de steen uit, maar deze is niet genoeg om de zwaartekracht op te heffen, vandaar dat deze zinkt. De rest van de zwaartekracht wordt in dat geval opgeheven door de normaalkracht van de bodem dus:

F_z = F_n + F_b

(b van buoyance = drijven)

Maar wat water kan, kan elke andere vloeistof en gas ook. aangezien wij ons in een atmosfeer bevinden, zal elk voorwerp een drijfkracht ondervinden door de lucht. Deze is echter heel klein (1000 keer kleiner dan die van water) een heeft daarom bijna geen betekenis. Een voorwerp dat op de grond ligt zal dus een hele kleine drijfkracht ondervinden, maar het allergrootste deel van zijn zwaartekracht wordt simpelweg opgeheven door de normaalkracht van de grond.

Phillip

de wet van Archimedes zegt als volgt:

"een lichaam ondergedompeld in een vloeistof ondergaat een opwaartse druk die even groot is als de kracht uitgeoefend door de verplaatste vloeistof

Fa: opwaartse druk (kracht)

rho.gif vl: dichtheid vd vloeistof

g: valversnelling

V : volume verplaatste vloeistof

in formule: Fa = rho.gif vl * g * V

peterdevis

Volgens mij moet er toch steeds een minimum aan vloeistof onder het basisvlak aanwezig zijn om een opwaartse druk te verkrijgen.

Stephaan

Bij een zwaar voorwerp dat op de bodem ligt, zal de druk in de vloeistof die op de bodemdiepte heerst, zich zonder meer ook onder het voorwerp voortzetten. Het voorwerp zal dan ook een schijnbare gewichtsvermindering ondergaan gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof.

Jan van de Velde

vraag is dus vrij essentieel: als je iets op de bodem van een bokaal legt, werkt er dan ook een archimedeskracht op?

Blijkbaar wel, maar jij geeft te kennen dat je niet snapt hoe dat kan als hij op de bodem ligt, omdat er dan niets onder kan om te duwen.....

Wel ,dat duwen maakt niets uit. Want water zal ook bovenop het voorwerp duwen. Je weet wel, van die onderzeeboten die te diep gaan en onder de druk bezwijken. De waterdruk werkt rondom.

Denk meer in termen van evenwicht, of wet van communicerende vaten. De voorstelling is het makkelijkst te begrijpen met een licht voorwerp.

Teken even mee........Je neemt een bak met een oppervlak van 2 x 1 dm, met daarin een dm water( 2L, 2000 g dus) . Je doet hierin (voor het overzicht tegen de rechtse smalle kant) een blokje van 1 x 1 x 1 dm, oftewel een liter, dat half zo zwaar is als water. (500 g dus) De situatie in de bak streeft nu naar evenwicht. Het blokje zal half in het water zakken, en verplaatst dus 500 g water. Dat kan alleen maar omhoog langs de linkse kant van het blok.

De totale druk op de bodem van je bak moet gelijk verdeeld worden, anders zou je stromend water krijgen.

De totale massa in de bak is dus 2500 g (water plus blokje) dat betekent dat er overal een druk van 1250 g / dm² moet heersen.

Dat betekent dat er links een waterkolom van 12,5 cm komt te staan, en rechts een waterkolom van 7,5 cm, 5 cm blokje onder water en 5 cm blokje boven water. Er is evenwicht, want de druk onder het blokje is dus 750 g water +500 g blokje is 1250 g / dm².

Dit verschijnsel noemen we opwaartse kracht, maar dat is dus eigenlijk een verwarrende naam. Evenwichtszoekende kracht zou misschien beter zijn, of gelijke-druk-zoekende kracht......

Als je dit snapt, kun je verder zelf wel uitwerken hoe dat met een blokje zal gaan dat méér weegt dan 1000 g/L. Dan snap je ook hoe het komt dat een schip, als het uit een zoetwaterkanaal de zee opvaart, hoger op het water komt te liggen.... zeewater is dichter, ca 1030 g/L. Reken voor de grap het sommetje van het blokje maar eens uit voor water van 2000g/L

wannes

vraag is dus vrij essentieel: als je iets op de bodem van een bokaal legt, werkt er dan ook een archimedeskracht op?
Blijkbaar wel, maar jij geeft te kennen dat je niet snapt hoe dat kan als hij op de bodem ligt, omdat er dan niets onder kan om te duwen.....

Wel ,dat duwen maakt niets uit. Want water zal ook bovenop het voorwerp duwen. Je weet wel, van die onderzeeboten die te diep gaan en onder de druk bezwijken. De waterdruk werkt rondom.

als er geen water/vloestof aan de onderkant van het voorwerp, kan het in principe geen kracht ondervinden

stel je neem een kubus, en het grondvlak past perfect op de bodem van het reservoir, aan gezien het water er niet onder kan, kan het de kubus niet naarboven duwen omdat de krachten aan de zijkanten geen arbeid kunnen leveren naar boven

dit is theorie natuurlijk, als er een beetje water onder de kubus komt zal hij echter wel gaan drijven

Jan van de Velde

Wannes schreef:

stel je neem een kubus, en het grondvlak past perfect op de bodem van het reservoir, aan gezien het water er niet onder kan, kan het de kubus niet naarboven duwen omdat de krachten aan de zijkanten geen arbeid kunnen leveren naar boven

Dit is geen theorie, dit is praktijk. Op de bovenkanten en zijkant van het blok duwt het water, maar aan de onderkant niet omdat daar geen water is, en de ondergrond geen druk uitoefent (behalve als reaktiekracht die door de ondergrond zelf ondervonden wordt als gevolg van de netto-zwaartekracht op het blok). Die evenwichtszoekende kracht is er wél nog steeds, en die probeert dat vacuum onder dat blok, want dat is het , op te vullen. Vergelijk het met de maagdenburger halve bollen.

http://natuurwetenschap.web-log.nl/log/1676337

in de praktijk zal het blok wel snel loskomen, omdat het vacuum (in de praktijk bijna) geen volume heeft, en dus door het geringste lekje heel snel is gevuld.

Brinx

Jan, wanneer twee objecten naadloos op elkaar aansluiten is daartussen toch geen sprake van een vacuum? Evenmin als dat er een vacuum heerst tussen de twee (overigens arbitrair gekozen) helften van een willekeurig massief object: er is geen loos, leeg volume tussen de objecten.

Wannes heeft volgens mij wel een punt. Vergelijk het met een massief stalen kubus die op een ander zo goed als perfect glad vlak ligt. Als je deze kubus probeert op te pakken zal er sprake zijn van een soort initiële 'zuigkracht' die het blokje aan het vlak laat plakken. Deze zuigkracht kan toegeschreven worden aan de druk die de lucht uitoefent op de kubus wanneer nog geen luchtdruk wordt uitgeoefend aan de onderzijde van de kubus. Als er eenmaal lucht onder de kubus komt, neemt deze zuigkracht zeer snel af. In de praktijk is dit vaak het geval, vanwege miscroscopisch kleine oneffenheden in de oppervlakten van de kubus en het platte vlak waar het op ligt.

Praktisch gezien komt dit effect misschien slechts zeer zelden voor, maar ik denk dat het met de juiste nauwkeurigheid van fabricage wel aangetoond kan worden.

In het kort: wanneer je een object met een lagere dichtheid dan die van water perfect kunt laten aansluiten op de bodem van een gevuld vat, zal het daar kunnen blijven zitten zolang er geen water tussen het object en de bodem van het vat komt. Het laat zich prima illustreren met een diagrammetje - ik ben nu even te lui om die te tekenen...

[edit]: Hmm, nu ik Jan's post nogmaals lees geloof ik dat ik gewoon hetzelfde heb gezegd als hij. We zijn het allemaal eens, dus?

Jan van de Velde

We hebben volgens mij wel hetzelfde gezegd, maar in mijn geval is er geen ruimte, en eerlijk gezegd weet ik niet of je dan eigenlijk wel van een vacuum mag spreken. Is een vacuum geen lege ruimte??? Is er een ruimte met volume 0 ??.

Al met al is het effect m.i. gelijk. Maar ik ben de laatste tijd op intuïtie al vaker op de bek gegaan, dus wie een betere mening heeft.....

Stephaan

Ik heb geen nieuwe mening over de vorige posts. Alleen dit : met een zuignap kan je een licht voorwerp (bal bvb) wel vast maken aan de bodem van een met water gevuld glazen vat, tot een paar uren of dagen later er toch water onder de zuignap lekt en alles gaat drijven.

Deze opmerking alleen ter beaming van wat reeds gezegd is

wannes

Stephaan schreef:Ik heb geen nieuwe mening over de vorige posts. Alleen dit : met een zuignap kan je een licht voorwerp (bal bvb) wel vast maken aan de bodem van een met water gevuld glazen vat, tot een paar uren of dagen later er toch water onder de zuignap lekt en alles gaat drijven.

Deze opmerking alleen ter beaming van wat reeds gezegd is

ik moet toegeven een mooi voorbeeld, daar had ik zelf nog niet aan gedacht, je moet de zuignap zelfs niet onder water steken, gewoon in de lucht is hetzelfde principe, de zuignap wordt harder tegen het oppervlak geduwt dan de druk eronder

Andy

hartelijk dank voor de antwoorden! Dit was ook ongeveer mijn vermoeden... als er geen water onder kan, dan gaat ie niet naarboven.. in praktijk kan er meestal wel water onder en dus is er in praktijk meestal wel een archimedeskracht...

(PS: dat er in lucht ook archimedeskracht is wist ik wel, maar ik dacht dat water aanschouwelijker was...)

Dank!

Andy

Jan van de Velde

Brinx schreef:

In het kort: wanneer je een object met een lagere dichtheid dan die van water perfect kunt laten aansluiten op de bodem van een gevuld vat, zal het daar kunnen blijven zitten zolang er geen water tussen het object en de bodem van het vat komt. Het laat zich prima illustreren met een diagrammetje - ik ben nu even te lui om die te tekenen...

Andy schreef:

hartelijk dank voor de antwoorden! Dit was ook ongeveer mijn vermoeden... als er geen water onder kan, dan gaat ie niet naarboven.. in praktijk kan er meestal wel water onder en dus is er in praktijk meestal wel een archimedeskracht...

Andy heeft blijkbaar impliciet geconcludeerd dat er geen opwaartse kracht is zolang het object perfect aansluit op de bodem. Dit zat me niet echt lekker, en daar heb ik nog es een nachtje over moeten slapen.

Na een nachtje slapen weet ik eerlijk gezegd niet goed of deze impliciete conclusie niet in strijd is met mijn benadering van het probleem (d.m.v. het beschouwen van evenwichten). Mogelijk is mijn benadering dus toch niet goed.

Hypothese 1: als een lichaam perfect aansluit op de bodem van een vat, kunnen er geen watermoleculen onder om het blok omhoog te duwen, en is er dus geen opwaartse kracht......

Hypothese 2: die opwaartse kracht is er wél (het systeem streeft naar evenwicht, maar kan dit streven niet uitvoeren)

Om deze hypotheses te toetsen heb ik de volgende proef bedacht:

Als ik een blok met een massa van 0,5 kg en een volume van 1 L juist in water onderdompel.........

Het blok ligt perfect aangesloten op het weegplateau van een weegschaal....

Geeft de weegschaal dan een gewicht van + 500 g (geen opwaartse kracht omdat er zogezegd geen moleculen onder kunnen om het blok naar boven te drukken), of......

geeft de weegschaal dan een gewicht van -500 g (Fz op 500 g blok min Fopw vanwege 1000 g verplaatst water)..............

Met andere woorden, is het niet opdrijven van het perfect aangesloten blok eigenlijk geen kwestie vergelijkbaar met statische wrijving???

Wie?

Stephaan

@ Jan van de Velde

In de eerste hypothese vind ik dat het lichaam dat perfekt aansluit op de bodem van het vat volledig hetzelfde is alsof de bodem een uitstulping naar boven toe heeft. Zo gezien gaan we er toch niet aan twijfelen dat Mr A. geen invloed heeft ?

In je tweede hypothese wil ik eerst zeggen hoe ik je proef begrijp: Een blok van 0,5 met volume 1L zal voor de helft boven water blijven tenzij, zoals je schrijft, je hem onderdompelt (met een kracht van 0,5Kg onderduwt dus). Ik veronderstel dat je dat doet en het blok dan ook nog perfekt aansluit op de schaal van een (veer)balans.

Misschien bedoelde je iets helemaal anders , maar zoals ik de proef begrijp zal die veerbalans dan met een kracht van 0,5Kg samen gedrukt worden ( gewicht van schaaltje en veer verwaarloosd) De A.-kracht werkt immers op het blok via de schaal, waaronder de waterdruk wel aanwezig is. Dus je besluit dat de weegschaal -0,5Kg zal aanduiden vind ik het korrekte besluit, maar waarom je dan de statische wrijving daarbij betrekt begrijp ik weer niet

Graag je kommentaar hoor

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

[Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

Re: [Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

Re: [Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

Re: [Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

Re: [Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

Re: [Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

Re: [Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

Re: [Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

Re: [Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

Re: [Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

Re: [Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

Re: [Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

Re: [Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

Re: [Vloeistofmechanica] Archimedeskracht

Re: [Vloeistofmechanica] Archimedeskracht