Vedessä olevaa kappaletta kannatteleva voima?

Vedessä olevan kappaleen kannatteleva voima on ilmiö, joka liittyy kohteen ja nestemäisen ympäristön vuorovaikutukseen. Tämä voima tunnetaan myös nimellä nostovoima tai Archimedeen voima. Se syntyy, kun kappale upotetaan nesteeseen (kuten veteen) ja se on suoraan verrannollinen kappaleen syrjäyttämän nesteen tilavuuteen.

Nostovoiman laskemiseksi käytetään seuraavaa kaavaa:

[ F_b =
ho cdot g cdot V ]

Missä:
- ( F_b ) on nostovoima (N, newtonia).
- (
ho ) on nesteen tiheys (kg/m³).
- ( g ) on putoamiskiihtyvyys, noin 9,81 m/s² (maan pinnalla).
- ( V ) on kappaleen syrjäyttämä nesteen tilavuus (m³).

Nostovoima vaikuttaa ylöspäin, ja se on sitä suurempi, mitä suurempi on syrjäytetty nesteen tilavuus. Jos nostovoima on suurempi kuin kappaleen paino, kappale nousee pinnalle. Jos paino on suurempi, kappale upotetaan. Jos nostovoima ja paino ovat yhtä suuret, kappale kelluu stabiilisti.

Tätä ilmiötä voidaan havaita käytännössä monilla esimerkeillä, kuten laivojen kelluessa vedessä tai esineiden uppoaminen tai kelluminen eri nesteissä. Archimedeen laki on keskeinen periaate, joka selittää tämän voiman toimintaa.

Vedessä olevaa kappaletta kannatteleva voima on nostovoima, joka syntyy, kun kappale on osittain tai kokonaan upotettuna nesteeseen. Tämä voima on seurausta nesteen paine-eroista kappaleen ala- ja yläpuolella: nesteen paine kasvaa syvemmälle mentäessä, joten katon ja pohjan välinen paine-ero luo nostean voiman.

Arkhimedeen laki kuvaa tämän ilmiön: kappaleeseen, joka on upotettuna nesteeseen, kohdistuu ylöspäin suuntautuva voima, joka on yhtä suuri kuin kappaleen syrjäyttämän nesteen paino. Tämä tarkoittaa, että nosto- eli kelluvuusvoima (F_b) voidaan laskea kaavalla:

[
F_b =
ho_{neste} cdot V_{sy(neste)} cdot g
]

missä
- (F_b) on nostovoima,
- (
ho_{neste}) on nesteen tiheys,
- (V_{sy(neste)}) on kappaleen syrjäyttämän nesteen tilavuus,
- (g) on paikallinen gravitaatiokiihtyvyys.

Jos kappaleen tiheys on pienempi kuin nesteen tiheys, se kelluu, ja jos se on suurempi, se uppoaa. Tämä ilmiö on keskeinen esimerkiksi muissa fysikaalisissa sovelluksissa, kuten laivojen ja muiden vedessä olevien rakenteiden suunnittelussa.