Säg att du har ett föremål som har högre densitet än vatten och att du kastar in detta föremål med en viss hastighet i vattnet. Enligt Arkimedes princip kommer detta föremål fortsätta accelerera i vattnet, dock långsammare än i t ex luft (pga lyftkraften). Lägger man en våg på botten kommer vågen att visa mindre än uppe "på land", då normalkraften blir mindre tack vare att vattnets lyftkraft hjälper till. Än så länge är allt glasklart.

Säg att man slänger i nåt som har lägre densitet än vatten med en viss hastighet, detta föremål kommer accelerera uppåt och kommer ha större tyngd (vågen kommer visa mer i alla fall) under denna acceleration än vad den har på land, då normalkraften (lyftkraften) är större än vad den är på land för detta föremål. Än så länge är allt glasklart.

Men säg att du kastar in ett föremål med en viss hastighet som har samma densitet som vattnet (jag är medveten om att vattnets densitet förändras och så, men rent hypotetsikt). Detta föremål kommer att fortsätta med konstant hastighet ner mot botten och skulle man väga det i "svävfasen" skulle vågen visa exakt samma sak som när vi väger oss på land, då lyftkraften är lika stor som gravitationen. Men, till slut kommer föremålet (pga sin hastighet) att nå botten. Lägger man en våg på botten kommer föremålet komma i kontakt med vågen och till synes verka med en kraft på den som kräver en motkraft från vågen. Problemet är att det redan finns en lyftkraft från vattnet på föremålet vilken är lika stor som gravitationen som verkar på föremålet. Min fråga är: Vad kommer vågen att visa? Kommer den att visa 0 kg då lyftkraften redan gör "allt jobb" eller kommer den att verka med en kraft på föremålet och visa ett antal kg?

Oerhört tacksam för svar!
/Robert M, Hvitfeldska Gymnasiet, Göteborg

Svar:
Hej Robert! Arkimedes princip är hydrostatik, dvs det involverar stillastående objekt. I dina funderingar inkluderas även rörelse och friktion (vattenmotstånd).

Ett föremål som släpps i vatten kommer, om densiteten överstiger vattnets, att sjunka mot botten. Kraften som påverkar den är tyngdkraften (m*g) minus lyftkraften enligt Arkimedes princip. Nettokraften orsakar en acceleration. Men ett föremål som rör sig i en vätska eller gas utsätts för friktion. Friktionen ökar med föremålets hastighet, så ganska snart kommer föremålet att sjunka med konstant hastighet. Motsvarande gäller för ett föremål med mindre densitet än vattnets, förutom att detta föremål rör sig upp mot ytan.

Ditt föremål med densiteten lika med vattnets utsätts inte för någon nettokraft. Föremålet kommer därför att bromsas upp av vattenmotståndet och till sist sväva i vattnet. Om det träffar vågen vid botten innan det stannat, så kommer vågen att under en kort stund ge ett utslag motsvarande kraften F=m*a där m är föremålets massa och a är acclelerationen (egentligen uppbromsningen).
/Peter E

Nyckelord: Arkimedes princip [32];