oppdrift

I en ballong fylt med helium er tettheten til heliumet inne i ballongen mindre enn tettheten til luften utenfor. Dette gjør at ballongen stiger fordi oppdriften er større enn tyngdekraften.

Artikkelstart

Oppdrift er summen av kreftene som virker mot overflaten av en gjenstand når den helt eller delvis er nedsenket i en væske eller gass.

Oppdrift er viktig i en rekke dagligdagse situasjoner. Det er for eksempel grunnen til at båter, sjøfly og isfjell flyter, eller at heliumballonger svever.

Prinsipp

En del av en væske med volum V og masse m utsettes for krefter på grunn av væskemolekyler som kolliderer med overflaten av V (a). Dersom man bytter ut væskevolumet V med et faststoff med masse M utsettes overflaten av det faste stoffet for den samme netto kraften fra den omliggende væsken (b). Tyngdekraften har imidlertid forandret seg fra mg (på væsken) til Mg (på det faste stoffet), som kan være forskjellig fra oppdriften.

For å forklare hva oppdrift er, kan man tenke seg en væske eller gass med massetetthet ρv i en beholder. En liten del av denne væsken eller gassen har volum V og masse m=ρvV. Væske eller gassmolekyler som befinner seg utenfor dette volumet vil virrevandre rundt og kollidere med molekylene på overflaten av volumet V. Hvert av disse molekylene vil i gjennomsnitt derfor virke med en nettokraft inn mot overflaten av volumet V, som vist i figuren til høyre. Vi vet også at tyngdekraften mg virker på volumet V med masse m. Imidlertid er væsken eller gassen i ro og beveger seg ikke oppover eller nedover, og dermed må kraften fra alle molekylene som kolliderer med volumet V være lik tyngdekraften mg. Dette enkle argumentet viser derfor at nettokraften F fra alle molekylene som kolliderer med volumet V er rettet oppover og gitt som F=mg=ρvVg.

Dersom man nå bytter ut væskevolumet V med et faststoff, vil kraften F fortsatt være den samme, fordi væskemolekylene vil fortsatt kollidere med overflaten som avgrenser volumet V. Man sier derfor at det virker en oppdrift som er rettet vertikalt oppover og er lik tyngden av den fortrengte gass- eller væskemengde. Dette prinsippet kalles ofte arkimedesloven.

Eksempel

Isfjell som flyter i sjøvann.

Som et eksempel, kan man finne ut hvor mye av isen i et isfjell som ligger under sjøoverflaten på grunn av oppdrift.

Man kan tenke seg at is har massetetthet ρis=917 kg/m3, mens sjøvann har massetetthet ρv=1024 kg/m3. Man tenker seg videre at isen har volum V=V1+V2, der V2 er volumet over sjøen og V1 er volumet under sjøoverflaten.

Vi vet at tyngdekraften på isen er rettet nedover og er lik ρis(V1+V2)g. Oppdriften på isen er like tyngden av den fortrengte væskemengde, altså ρvV1g. Siden isen ligger i ro, sier Newtons andre lov at oppdriften er like stor som tyngdekraften, slik at ρis(V1+V2)g= ρvV1g. Dette betyr at fraksjonen av is under sjøoverflaten er V1/(V1+V2) = ρisv = (917 kg/m3)/(1024 kg/m3) = 0.896.

Det betyr at 89.6% av isen ligger under sjøoverflaten.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg