Inleiding
Of een voorwerp zinkt, drijft of zweeft, heeft niet zozeer met zijn massa dan wel met zijn dichtheid te maken. De dichtheid van een voorwerp is gelijk aan de massa gedeeld door het volume. Vaste stoffen die een kleinere dichtheid hebben dan de vloeistof, drijven. Vaste stoffen waarvan de dichtheid groter is dan die van de vloeistof, zinken. Wanneer de dichtheid gelijk is, zweeft de vaste stof in het water. Een hol voorwerp drijft gemakkelijker dan een massief blok omdat zijn totale dichtheid kleiner is. Een groot deel van zo'n hol voorwerp bestaat immers uit lucht, die een relatief kleine dichtheid bezit.
opmerking: Nemen we bijvoorbeeld een kubus van massief ijzer, met een volume van exact 1 dm3. Deze kubus heeft in lucht een gewicht van 7,9 kg. Ondergedompeld in water zal de kubus maar 6,9 kg meer wegen. Het gewicht van de kubus is dan namelijk verminderd met het gewicht van het water dat erdoor wordt verplaatst. Dit is het gewicht van 1 dm3 water, dus 1kg.
Definities
Massa
De grootheid waarmee gemeten wordt hoe gemakkelijk het is om een lichaam te versnellen, noemen we zijn massa.
Massa heeft dus te maken met de hoeveelheid materie dat een lichaam bevat.
Symbool:m Eenheid:kg
Kracht
1 Newton is de kracht die aan een massa van 1 kg na 1 seconde een snelheid van 1 m/s geeft of aan die massa een versnelling geeft van 1 m/s²
Symbool:F Eenheid:Newton (N)
Gewicht
Het gewicht van een lichaam is de kracht waarmee de aarde het lichaam aantrekt.
Vermits het gewicht een kracht is, wordt het gemeten in Newton.
Er is gemeten dat 1 kg een gewicht heeft van 9,8 N
Symbool:G Eenheid:N
Verschil kg en N
Regelmatig worden deze twee eenheden met elkaar verward. Immers wanneer je op een weegschaal gaat staan en je kijkt naar de naald, dan lees je eigenlijk af met welke kracht je de weegschaal naar beneden drukt. Dat gewicht drukken wij uit in kg maar eigenlijk zouden wij beter spreken van newton omdat het hier niet gaat om een massa maar over een kracht. Omdat wij overal op aarde praktisch dezelfde aantrekkingskracht kennen (valversnelling van 9,81 N/m2), heeft men kunnen berekenen dat een massa van 1 kg een gewicht heeft van 9,81 N. Wanneer ik dus 72 kg meet op de weegschaal dan heb ik eigenlijk een "gewicht" van + 720 N.
Formules
Drijfkracht: FD = V . ro . g met
V = het volume van de verplaatste vloeistof
ro = de dichtheid van de vloeistof
g = 9,81 m/s2 (de versnelling bij vrije val)
De zwaartekracht op het lichaam: FG = V . ro' . g met
V = het volume van de verplaatste vloeistof
ro' = de dichtheid van het lichaam
g = 9,81 m/s2 (de versnelling bij vrije val)
We kunnen nu drie mogelijkheden onderscheiden:
1/ FG > FD -> ro' > ro -> Wanneer de dichtheid van een voorwerp groter is dan de dichtheid van de vloeistof, zal het voorwerp in de vloeistof zinken.
2/ FG < FD -> ro' < ro -> Een voorwerp zal drijven wanneer zijn dichtheid kleiner is dan die van de vloeistof. Zo drijft bijvoorbeeld kurk op water.
3/ FG = FD -> ro' = ro -> Wanneer dichtheden van voorwerp en vloeistof gelijk zijn, zal het voorwerp in de vloeistof zweven.
Dichtheid van enkele stoffen
aardgas -> 0,6 kg/m³
lucht -> 1 kg/m³
kurk -> 130 kg/m³
populierenhout -> 350 - 550 kg/m³
eikenhout -> 700 - 900 kg/m³
olie -> 900 kg/m³
zuiver water -> 1000 kg/m³
zout water -> 1025 kg/m³
melk -> 1040 kg/m³
asfalt -> 1100 - 1500 kg/m³
glas -> 2400 - 2900 kg/m³
aluminium -> 2700 kg/m³
steen -> 2500 - 3000 kg/m³
ijzer -> 7900 kg/m³