Oletko koskaan kysynyt, miksi kiinteät esineet kelluvat veden pinnalla? Laitat korkin veteen, ja korkki kelluu. Toisaalta, jos laitat ompeluneulan tai kiven veteen, ompeluneula tai kivi uppoaa, vaikka neulan tai kiven koko olisi korkkia pienempi. Mitkä tekijät saavat kiinteän esineen kellumaan veden pinnalla?
Maan painovoima vaikuttaa kaikkiin maan pinnalla oleviin kappaleisiin, joten jokaisella massaisella kappaleella on painovoima. Jos kiinteän kappaleen painovoima (w) on pienempi kuin veden kelluvuusvoima (F A ), niin kun kiinteä kappale upotetaan veteen, se liikkuu ylöspäin ja kelluu veden pinnalla.
Kappaleet liikkuvat ylöspäin ja kelluvat veden pinnalla, koska kappaleeseen vaikuttaa ylöspäin suuntautuva kokonaisvoima tai resultanttivoima, jossa kokonaisvoiman suuruus = kelluvuusvoima – painovoima.
Kuvaus: ρ = massatiheys, g = gravitaatiokiihtyvyys, Vesine = veteen upotetun kappaleen tilavuus (kaikki kappaleen osat ovat veden peitossa), P = paine, A = pinta-ala, m = kappaleen massa.
Tämän yhtälön perusteella voidaan päätellä, että veteen upotetun kappaleen liikesuuntaan vaikuttavat vain kappaleen tiheys ja veden tiheys. Jos veden tiheys on suurempi kuin kappaleen tiheys, kappale liikkuu ylöspäin upotettuaan veteen (kappale kelluu).
Kun kappale kelluu veden pinnalla, kelluvan voiman suuruuden on oltava sama kuin kappaleen painon suuruus, jotta resultanttivoima on nolla ja kappale on staattisessa tasapainossa (levossa).
Kuvaus: ρ = tiheys, v1 = veteen upotetun kappaleen tilavuus, v2 = kappaleen kokonaistilavuus
Kun esine kelluu veden pinnalla, veteen upotetun esineen tilavuus määräytyy esineen tilavuuden ja veden tiheyden suhteen perusteella. Jos esine kelluu muun nesteen kuin veden pinnalla, veden tiheys korvautuu nesteen tiheydellä.
