หลักการของอาร์คิมิดีส

หลักการของอาร์คิมิดีส (อังกฤษ: Archimedes' principle) กล่าวไว้ว่าแรงลอยตัวขึ้นที่กระทำต่อวัตถุที่จมอยู่ในของไหลไม่ว่าวัตถุนั้นจะจมทั้งส่วนหรือบางส่วนก็ตาม จะเท่ากับน้ำหนักของของไหลที่วัตถุนั้นแทนที่ และมีทิศทางขึ้นจากจุดศูนย์กลางของมวลของของไหลที่ถูกแทนที่นั้น^[1] หลักการของอาร์คิมิดีสเป็นกฎฟิสิกส์พื้นฐานสำหรับกลศาสตร์ของไหลที่คิดค้นขึ้นมาโดยอาร์คิมิดีสแห่งเมืองซีรากูซา^[2]

ในบันทึก On Floating Bodies (250 ปีก่อนคริสตกาล) อาร์คิมิดีสได้เสนอไว้ว่า

วัตถุลอยใด ๆ ซึ่งจมอยู่ในของไหลทั้งส่วนหรือบางส่วน จะถูกพยุงไว้โดยแรงที่เท่ากับน้ำหนักของของไหลที่ถูกแทนที่โดยวัตถุนั้น

ในทางปฏิบัติ หลักการของอาร์คิมิดีสสามารถใช้ในการคำนวณหาแรงลอยตัวที่เกิดขึ้นกับวัตถุที่จมทั้งส่วนหรือบางส่วนในของไหลได้ โดยแรงที่มีทิศทางพุ่งลงจากวัตถุคือน้ำหนักของวัตถุ และแรงที่มีทางพุ่งขึ้นจากวัตถุหรือแรงลอยตัวคือหลักการของอาร์คิมิดีสที่กล่าวไปในข้างต้น ดังนั้นแล้วแรงสุทธิบนวัตถุคือผลต่างของขนาดของแรงลอยตัวกับน้ำหนัก ถ้าหากว่าแรงสุทธิเป็นบวก วัตถุจะลอยขึ้น แต่ถ้าหากเป็นลบ วัตถุจะจม และถ้าหากเป็นศูนย์ วัตถุจะลอยอย่างสมดุลโดยที่จะไม่ลอยขึ้นหรือจมลง

หรือกล่าวง่าย ๆ คือหลักการของอาร์คิมิดีสกล่าวไว้ว่า เมื่อวัตถุจมเพียงบางส่วนหรือทั้งส่วนในของไหลใด ๆ น้ำหนักของวัตถุนั้นจะลดลงอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งน้ำหนักที่หายไปจะเท่ากับน้ำหนักของของไหลที่ถูกแทนที่โดยวัตถุนั้น

• น้ำหนักของของไหลที่ถูกแทนที่ (แรงลอยตัว) = น้ำหนักที่ชั่งในอากาศ - น้ำหนักที่ชั่งในน้ำ

• ${\displaystyle {F_{B}}=\rho _{f}g{V_{s}}}$

${\displaystyle {F_{B}}}$ คือ แรงลอยตัว (หน่วย นิวตัน)

${\displaystyle \rho _{f}}$ คือ ความหนาแน่นของของเหลว (หน่วย กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร)

${\displaystyle g}$ คือ ค่าความเร่งโน้มถ่วงของโลก (มีค่า ≈ 9.8 m/s² หรือในบางกรณีอาจปัดขึ้นเป็น 10 m/s²)

${\displaystyle {V_{s}}}$ คือ ปริมาตรวัตถุส่วนที่จมในของไหล (หน่วย ลูกบาศก์เมตร)

^[3]

• แรงลอยตัว