Welke factoren spelen een rol bij het drijfvermogen van een stof of voorwerp?

Remy, 15 jaar
28 maart 2009

Ik vraag mij erg af welke factoren er nu precies een rol spelen bij het drijfvermogen. Ik heb wel eens dichtheid en Archimedes horen langskomen, maar ik heb geen idee waarom deze factoren een rol spelen(ok, wel een beetje, maar extra uitleg zou zeer welkom zijn). Bij deze dus: welke factoren zijn er precies? Alvast bedankt!

Antwoord

Beste Remy,

Om te beginnen nemen we even de oppervlaktespanning van water niet in rekening (zie helemaal onderaan het antwoord wat dit als effect heeft). We gaan er dus van uit dat we een voorwerp helemaal onderdompelen in water.

Om de wet van Archimedes beter te snappen, moet je je inbeelden dat je een hoeveelheid water (bvb het volume water dat in een fles zou passen, 1 liter) uit een grotere hoveelheid water (bijvoorbeeld een volgelopen bad) zou kunnen isoleren. Je ziet dus in gedachten de fles-vorm in het bad. Het water in de flesvorm blijft mooi op zijn plaats: het is in evenwicht met de rest van het water. Als het in evenwicht is, wilt dit zeggen dat de som van de krachten die erop inwerken gelijk is aan nul. De krachten die op de flesvorm inwerken zijn:

  • de "druk" van het water boven de flesvorm
  • de "druk" van het water onder de flesvorm
  • de zwaartekracht van het water in de flesvorm
  • de "druk" van het water links van de flesvorm
  • de "druk" van het water rechts van de flesvorm
  • de "druk" van het water voor de flesvorm
  • de "druk" van het water achter de flesvorm

Je merkt dat al deze krachten niet in dezelfde richting werken. Om evenwicht te hebben van het totaal, moet er ook evenwicht zijn in elke richting. Met andere woorden: de druk naar links moet gelijk zijn aan de druk naar rechts, de druk naar voor moet gelijk zijn aan de druk naar achter en de som van de druk naar boven, de druk naar onder en de zwaartekracht moet ook gelijk zijn aan nul. En juist die laatste drie componenten bepalen de wet van archimedes: de zwaartekracht + de druk boven de flesvorm = de druk onder de flesvorm. Met andere woorden: de flesvorm ondervindt een opstuwende kracht van het water eronder en de grootte van die kracht is gelijk aan het gewicht van het water in de flesvorm.

Als we nu de flesvorm water vervangen door een fles met lucht, zal de druk van het water eronder nog steeds even groot zijn (de fles neemt nog steeds hetzelfde volume in). De zwaartekracht die de fles lucht ondervindt is wel kleiner (de fles lucht is niet zo zwaar als de flesvorm water). Daardoor zal de opwaartse kracht groter zijn dan de neerwaartse kracht, waardoor de fles lucht naar boven wordt geduwd tot ze aan de oppervlakte is (= drijft).

Als we daarentegen de flesvorm water vervangen door een fles kwik (veel zwaarder dan water), zal de zwaartekracht groter zijn dan bij de flesvorm water, terwijl de opwaartse kracht door het water onder de fles nog steeds dezelfde is. De neerwaartse kracht is dus groter dan de opwaartse en de fles zal naar beneden geduwd worden.

Met andere woorden: als een materiaal meer weegt dan hetzelfde volume water, zal het zinken en als het minder weegt zal het drijven. Hoeveel een materiaal weegt voor een bepaald volume, noemen we (massa-)dichtheid (massadichtheid = massa / volume).

Dus: materialen met een lagere dichtheid dan water (= de meeste olien, de meeste houtsoorten, veren, een fles gevuld met lucht, ...) zullen drijven en materialen met een hogere dichtheid (= een volledig blok ijzer, de meeste stenen, ...) zullen zinken.

Waarom zinkt een schip dan niet? Het bestaat toch vooral uit ijzer? Dat is juist, maar aan de binnenkant van de romp zit er ook veel lucht. En bij een schip moet je dus het gewicht van het volledige schip (ijzer + lucht) vergelijken met het volume water waarvoor het in de plaats komt = het volledige volume (ijzer + lucht) dat onder water zit.

Nog een laatste woordje uitleg over oppervlaktespanning van water: op microscopisch niveau bestaat water uit lange ketens (een soort trein van magneetjes). Daardoor kan je er iets opleggen en zal dat toch niet direct zinken. Probeer maar eens heel voorzichtig een (koper)muntje plat op een wateroppervlak (bijvoorbeeld in een glas) te leggen: het zal blijven drijven. Als je het muntje erin steekt, zal het zinken. Massadichtheid verklaart dus niet alles over drijven en zinken.

Het is veel uitleg, maar hopelijk snap je het nu wel.

Bart

Reacties op dit antwoord

Er zijn nog geen reacties op deze vraag.

Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.

Beantwoord door

ir. Bart De Schouwer

Voor mijn functie ben ik leidinggevende over een groep engineers die productietoestellen onderhouden. Het is vooral met mijn parate kennis (opleiding, interesses, ...) dat ik vragen zou kunnen beantwoorden.

IMEC
Kapeldreef 75 3001 Leuven
http://www.imec-int.com

Zoek andere vragen

© 2008-2020
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door het
Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen