وزن بدن برابر با وزن مایع جابجا شده است. نیروی شناوری

اهداف درس: اطمینان از وجود نیروی شناوری، درک دلایل وقوع آن و استخراج قوانینی برای محاسبه آن، کمک به شکل گیری ایده جهان بینی در مورد شناخت پدیده ها و ویژگی های آن. جهان اطراف

اهداف درس: کار بر روی شکل گیری مهارت هایی برای تجزیه و تحلیل ویژگی ها و پدیده ها بر اساس دانش، برای برجسته کردن دلیل اصلی که بر نتیجه تأثیر می گذارد. مهارت های ارتباطی را توسعه دهید. در مرحله طرح فرضیه ها، گفتار شفاهی را توسعه دهید. بررسی میزان استقلال تفکر دانش آموز در کاربرد دانش توسط دانش آموزان در موقعیت های مختلف.

ارشمیدس - دانشمند برجسته یونان باستان، در 287 قبل از میلاد متولد شد. در شهر بندری و کشتی سازی سیراکوز در جزیره سیسیل. ارشمیدس از پدرش، اخترشناس و ریاضیدان فیدیاس، یکی از بستگان هیرون ظالم سیراکوزایی، که از ارشمیدس حمایت می کرد، آموزش عالی دریافت کرد. در جوانی چندین سال را در بزرگترین مرکز فرهنگی اسکندریه گذراند و در آنجا با ستاره شناس کونون و جغرافیدان ریاضی اراتوستنس روابط دوستانه برقرار کرد. این انگیزه ای برای توسعه توانایی های برجسته او بود. او به عنوان یک دانشمند بالغ به سیسیل بازگشت. او با آثار علمی متعدد، عمدتاً در زمینه فیزیک و هندسه به شهرت رسید.

ارشمیدس در آخرین سالهای زندگی خود در سیراکوز بود که توسط ناوگان و ارتش روم محاصره شده بود. این دومین جنگ پونیک بود. و دانشمند بزرگ، از هیچ تلاشی دریغ نمی کند، دفاع مهندسی شهر زادگاهش را سازماندهی می کند. او ماشین‌های جنگی شگفت‌انگیزی ساخت که کشتی‌های دشمن را غرق کرد، آنها را تکه تکه کرد و سربازان را از بین برد. با این حال، ارتش مدافعان شهر در مقایسه با ارتش عظیم روم بسیار کم بود. و در 212 ق.م. سیراکوز گرفته شد.

نبوغ ارشمیدس مورد تحسین رومیان قرار گرفت و فرمانده رومی مارسلوس دستور داد تا جان او را نجات دهد. اما سربازی که ارشمیدس را از روی چشم نمی شناخت، او را کشت.

یکی از مهمترین اکتشافات او قانون بود که بعدها قانون ارشمیدس نام گرفت. افسانه ای وجود دارد که ایده این قانون زمانی که ارشمیدس در حال حمام کردن بود با تعجب "اوریکا" به دیدار او رفت. او از حمام بیرون پرید و برهنه دوید تا حقیقت علمی را که برایش آمده بود بنویسد. ماهیت این حقیقت باید روشن شود، باید مطمئن شوید که نیروی شناوری وجود دارد، دلایل وقوع آن را درک کنید و قوانینی را برای محاسبه آن استخراج کنید.

فشار در یک مایع یا گاز به عمق غوطه ور شدن بدن بستگی دارد و منجر به ظاهر شدن نیروی شناوری می شود که بر روی بدنه اثر می گذارد و به صورت عمودی به سمت بالا هدایت می شود.

اگر جسمی به صورت مایع یا گاز پایین بیاید، تحت تأثیر نیروی شناور از لایه‌های عمیق‌تر به لایه‌های با عمق کمتر شناور می‌شود. ما یک فرمول برای تعیین نیروی ارشمیدس برای یک متوازی الاضلاع مستطیلی به دست می آوریم.

فشار مایع در قسمت بالایی صورت است

که در آن: h1 ارتفاع ستون مایع بالای صفحه بالایی است.

نیروی فشار در بالا لبه است

F1 \u003d p1 * S \u003d w * g * h1 * S،

کجا: S مساحت سطح بالایی است.

فشار سیال در قسمت پایین صورت است

که در آن: h2 ارتفاع ستون مایع بالای سطح پایین است.

نیروی فشار روی قسمت پایینی صورت برابر است با

F2= p2*S = f*g*h2*S،

کجا: S مساحت سطح پایین مکعب است.

از آنجایی که h2 > h1، سپس p2 > p1 و F2 > F1.

تفاوت بین نیروهای F2 و F1 عبارتند از:

F2 - F1 = f*g*h2*S - f*g*h1*S = f*g*S* (h2 - h1).

از آنجایی که h2 - h1 \u003d V - حجم یک جسم یا قسمتی از بدن غوطه ور در مایع یا گاز است، سپس F2 - F1 \u003d f * g * S * H ​​\u003d g * f * V

حاصلضرب چگالی و حجم جرم یک مایع یا گاز است. بنابراین، تفاوت نیروها برابر است با وزن مایع جابجا شده توسط بدن:

F2 – F1= mzh*g \u003d Pzh \u003d Fvy.

نیروی شناور نیروی ارشمیدس است که قانون ارشمیدس را تعیین می کند

حاصل نیروهای وارد بر وجوه جانبی صفر است، بنابراین در محاسبات لحاظ نمی شود.

بنابراین، یک نیروی شناور برابر با وزن مایع یا گازی که توسط آن جابجا شده است، روی جسم غوطه ور در یک مایع یا گاز عمل می کند.

قانون ارشمیدس اولین بار توسط ارشمیدس در رساله خود در مورد اجسام شناور ذکر شد. ارشمیدس نوشت: اجسام سنگین‌تر از مایع که در این مایع غوطه‌ور می‌شوند، تا زمانی که به انتهای آن برسند، فرو می‌روند و در مایع با وزن مایع در حجمی برابر با حجم جسم غوطه‌ور شده سبک‌تر می‌شوند. "

در نظر بگیرید که نیروی ارشمیدس چگونه بستگی دارد و آیا به وزن بدن، حجم جسم، چگالی جسم و چگالی مایع بستگی دارد یا خیر.

بر اساس فرمول نیروی ارشمیدس، به چگالی مایعی که بدن در آن غوطه ور است و به حجم این جسم بستگی دارد. اما به عنوان مثال، به چگالی ماده یک جسم غوطه ور در مایع بستگی ندارد، زیرا این مقدار در فرمول حاصل گنجانده نشده است.
اکنون وزن جسم غوطه ور در مایع (یا گاز) را تعیین می کنیم. از آنجایی که دو نیروی وارد بر جسم در این حالت در جهت مخالف هستند (گرانش به سمت پایین است و نیروی ارشمیدسی به سمت بالا است)، بنابراین وزن جسم در مایع کمتر از وزن جسم در خلاء خواهد بود. نیروی ارشمیدسی:

P A \u003d m t g - m f g \u003d g (m t - m f)

بنابراین، اگر جسمی در یک مایع (یا گاز) غوطه ور شود، به همان اندازه وزن خود را از دست می دهد که مایع (یا گاز) جابجا شده توسط آن وزن می کند.

از این رو:

نیروی ارشمیدس به چگالی مایع و حجم جسم یا قسمت غوطه ور آن بستگی دارد و به چگالی جسم، وزن و حجم مایع بستگی ندارد.

تعیین نیروی ارشمیدس به روش آزمایشگاهی.

تجهیزات: یک لیوان آب تمیز، یک لیوان آب نمک، یک سیلندر، یک دینامومتر.

روند کار:

• تعیین وزن بدن در هوا؛
• تعیین وزن بدن در مایع؛
• تفاوت بین وزن بدن در هوا و وزن بدن در مایع را پیدا کنید.

4. نتایج اندازه گیری:

نتیجه بگیرید که چگونه نیروی ارشمیدس به چگالی مایع بستگی دارد.

نیروی شناور بر روی اجسام با هر شکل هندسی اثر می کند. در تکنولوژی رایج ترین اجسام استوانه ای و کروی، اجسام با سطح توسعه یافته، اجسام توخالی به شکل توپ، متوازی الاضلاع مستطیلی، استوانه هستند.

نیروی گرانش به مرکز جرم جسم غوطه ور در مایع اعمال می شود و به صورت عمود بر سطح مایع هدایت می شود.

نیروی بالابر از سمت مایع روی بدن اعمال می شود، به صورت عمودی به سمت بالا هدایت می شود، به مرکز ثقل حجم جابجا شده مایع اعمال می شود. بدن در جهتی عمود بر سطح مایع حرکت می کند.

اجازه دهید شرایط اجسام شناور را که بر اساس قانون ارشمیدس است، دریابیم.

رفتار یک جسم در یک مایع یا گاز به نسبت بین مدول های گرانش F t و نیروی ارشمیدس F A که بر این جسم وارد می شود بستگی دارد. سه مورد زیر ممکن است:

• F t > F A - بدن غرق می شود.
• F t \u003d F A - بدن در مایع یا گاز شناور است.
• اف تی< F A - тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

فرمول دیگری (که در آن Pt چگالی جسم است، Ps چگالی محیطی است که در آن غوطه ور شده است):

• P t > P s - بدن غرق می شود.
• P t \u003d Ps - بدن در یک مایع یا گاز شناور است.
• پی تی< P s - тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

چگالی موجوداتی که در آب زندگی می کنند تقریباً با چگالی آب برابر است، بنابراین آنها نیازی به اسکلت قوی ندارند! ماهی ها عمق غواصی خود را با تغییر میانگین تراکم بدن خود تنظیم می کنند. برای انجام این کار، آنها فقط باید با انقباض یا شل کردن عضلات، حجم مثانه شنا را تغییر دهند.

اگر بدن در یک مایع یا گاز در کف قرار گیرد، نیروی ارشمیدس صفر است.

از اصل ارشمیدس در کشتی سازی و هوانوردی استفاده می شود.

نمودار بدن شناور:

خط عمل نیروی گرانش جسم G از مرکز ثقل K (مرکز جابجایی) حجم جابجا شده مایع می گذرد. در حالت عادی یک جسم شناور، مرکز ثقل جسم T و مرکز جابجایی K در امتداد یک عمود قرار دارند که به آن محور ناوبری می گویند.

هنگام غلتش، مرکز جابجایی K به نقطه K1 حرکت می کند و گرانش جسم و نیروی ارشمیدسی FA یک جفت نیرو را تشکیل می دهند که تمایل دارند یا جسم را به موقعیت اولیه خود برگردانند یا غلت را افزایش دهند.

در حالت اول، جسم شناور دارای ثبات استاتیکی است، در حالت دوم، هیچ ثباتی وجود ندارد. پایداری بدن به موقعیت نسبی مرکز ثقل جسم T و فرامرکز M (نقطه تلاقی خط عمل نیروی ارشمیدسی هنگام پاشنه زدن با محور ناوبری) بستگی دارد.

در سال 1783، برادران مونتگولفیر یک توپ کاغذی بزرگ ساختند که زیر آن یک فنجان الکل در حال سوختن گذاشتند. بالون پر از هوای داغ شد و شروع به بالا رفتن کرد و به ارتفاع 2000 متری رسید.

قانون ارشمیدس- قانون استاتیک مایعات و گازها که بر اساس آن نیروی شناوری بر جسم غوطه ور در مایع (یا گاز) برابر با وزن مایع در حجم جسم وارد می شود.

این واقعیت که نیروی خاصی بر جسم غوطه ور در آب وارد می شود برای همه شناخته شده است: به نظر می رسد اجسام سنگین سبک تر می شوند - به عنوان مثال، بدن خود ما هنگام غوطه ور شدن در حمام. با شنا در رودخانه یا دریا، می توانید به راحتی سنگ های بسیار سنگین را در امتداد پایین بلند کرده و جابجا کنید - به طوری که ما نمی توانیم روی زمین بلند کنیم. همین پدیده هنگامی مشاهده می شود که به دلایلی یک نهنگ به ساحل پرتاب می شود - حیوان نمی تواند خارج از محیط آبی حرکت کند - وزن آن از توانایی های سیستم عضلانی آن فراتر می رود. در عین حال، اجسام سبک در برابر غوطه ور شدن در آب مقاومت می کنند: فرو بردن توپی به اندازه یک هندوانه کوچک، هم به قدرت و هم مهارت نیاز دارد. به احتمال زیاد نمی توان توپی با قطر نیم متر را غوطه ور کرد. به طور شهودی روشن است که پاسخ به این سؤال که چرا جسمی شناور می شود (و جسمی دیگر غرق می شود) ارتباط نزدیکی با عمل مایع بر جسم غوطه ور در آن دارد. نمی توان به این پاسخ قانع شد که اجسام سبک شناور می شوند و اجسام سنگین غرق می شوند: البته یک صفحه فولادی در آب فرو می رود، اما اگر جعبه ای از آن بسازید، می تواند شناور شود. در حالی که وزن او تغییر نکرد. برای درک ماهیت نیروی وارد بر جسم غوطه ور از مایع، کافی است یک مثال ساده را در نظر بگیرید (شکل 1).

مکعب با لبه آدر آب غوطه ور می شود و هم آب و هم مکعب بی حرکت هستند. مشخص است که فشار در یک مایع سنگین به نسبت عمق افزایش می یابد - بدیهی است که ستون بالاتری از مایع به شدت روی پایه فشار می آورد. بسیار کمتر آشکار است (یا اصلاً واضح نیست) که این فشار نه تنها به سمت پایین، بلکه به طرفین و به سمت بالا با همان شدت عمل می کند - این قانون پاسکال است.

اگر نیروهای وارد بر مکعب را در نظر بگیریم (شکل 1)، به دلیل تقارن آشکار، نیروهای وارد بر طرف مقابل برابر و خلاف جهت هستند - آنها سعی می کنند مکعب را فشرده کنند، اما نمی توانند بر تعادل یا حرکت آن تأثیر بگذارند. . نیروهایی بر روی وجه بالا و پایین وارد می شوند. بگذار باشد ساعتعمق غوطه ور شدن سطح بالایی است، rچگالی مایع است، gشتاب گرانش است. سپس فشار بر روی بالا است

r· g · h = p 1

و در پایین

r· g(h+a)=ص 2

نیروی فشار برابر است با فشار ضرب در مساحت، یعنی.

اف 1 = پیک · آ\up122، اف 2 = پ 2 · آ\up122، جایی که آ- لبه مکعب،

و قدرت اف 1 به سمت پایین هدایت می شود و نیرو اف 2 - بالا. بنابراین، عمل مایع بر روی مکعب به دو نیرو کاهش می یابد - اف 1 و اف 2 و با تفاوت آنها که نیروی شناوری است تعیین می شود:

اف 2 – اف 1 =r· g· ( h+a)آ\up122- رقا· آ 2 = pga 2

نیرو شناور است، زیرا قسمت پایینی البته پایین تر از قسمت بالایی قرار دارد و نیروی رو به بالا بیشتر از نیروی رو به پایین است. مقدار اف 2 – اف 1 = pga 3 برابر است با حجم بدن (مکعب) آ 3 ضرب در وزن یک سانتی متر مکعب مایع (اگر 1 سانتی متر را به عنوان واحد طول در نظر بگیریم). به عبارت دیگر، نیروی شناوری که اغلب از آن به عنوان نیروی ارشمیدسی یاد می شود، برابر با وزن سیال در حجم بدن است و به سمت بالا هدایت می شود. این قانون توسط دانشمند یونان باستان ارشمیدس، یکی از بزرگترین دانشمندان روی زمین، وضع شده است.

اگر جسمی با شکل دلخواه (شکل 2) حجمی را در داخل مایع اشغال کند V، سپس عملکرد مایع روی بدن کاملاً با فشار توزیع شده روی سطح بدن تعیین می شود و توجه می کنیم که این فشار کاملاً مستقل از مواد بدن است - ("مایع اهمیتی نمی دهد که چه چیزی قرار دهد. فشار روی").

برای تعیین نیروی فشار حاصله بر روی سطح بدن، لازم است که به صورت ذهنی از حجم خارج شود Vبدن داده شده و (از نظر ذهنی) این حجم را با همان مایع پر کنید. از یک طرف، ظرفی با مایع در حال استراحت، از سوی دیگر، در داخل حجم وجود دارد V- جسمی متشکل از یک مایع معین و این جسم تحت تأثیر وزن خود (مایع سنگین) و فشار سیال بر سطح حجم در حالت تعادل قرار دارد. V. از آنجایی که وزن مایع در حجم بدن است pgVو با حاصل نیروهای فشار متعادل می شود، سپس مقدار آن برابر با وزن مایع در حجم است V، یعنی pgV.

با انجام ذهنی تعویض معکوس - قرار دادن در حجم Vاین بدنه و با توجه به اینکه این جایگزینی تاثیری بر توزیع نیروهای فشار بر روی سطح حجم نخواهد داشت V، می توان نتیجه گرفت: جسمی که در حال سکون در یک مایع سنگین غوطه ور است، با نیروی رو به بالا (نیروی ارشمیدس) برابر وزن سیال در حجم این جسم، به آن وارد می شود.

به همین ترتیب، می توان نشان داد که اگر جسمی تا حدی در مایعی غوطه ور شود، نیروی ارشمیدسی برابر با وزن مایع در حجم قسمت غوطه ور شده بدن است. اگر در این حالت نیروی ارشمیدسی برابر با وزن باشد، آنگاه جسم روی سطح مایع شناور می شود. بدیهی است که اگر در غوطه وری کامل، نیروی ارشمیدسی کمتر از وزن بدن باشد، آنگاه فرو خواهد رفت. ارشمیدس مفهوم "گرانش مخصوص" را معرفی کرد. g، یعنی وزن در واحد حجم یک ماده: g = صفحه; اگر آن را برای آب بگیریم g= 1، سپس یک جسم جامد از ماده، که در آن g> 1 غرق خواهد شد، و چه زمانی g < 1 будет плавать на поверхности; при g= 1 بدن می تواند در داخل مایع شناور (آویزان) شود. در خاتمه، متذکر می شویم که قانون ارشمیدس رفتار بالون ها را در هوا (در حالت استراحت با سرعت کم) توصیف می کند.

ولادیمیر کوزنتسوف

یکی از اولین قوانین فیزیکی مورد مطالعه دانش آموزان دبیرستانی است. حداقل تقریباً این قانون را هر بزرگسالی به یاد می آورد، مهم نیست که چقدر از فیزیک دور باشد. اما گاهی اوقات بازگشت به تعاریف و فرمول بندی های دقیق - و درک جزئیات این قانون مفید است که می تواند فراموش شود.

قانون ارشمیدس چه می گوید؟

افسانه ای وجود دارد که دانشمند یونان باستان قانون معروف خود را هنگام حمام کردن کشف کرد. ارشمیدس که در ظرفی پر از آب تا لبه غوطه ور بود، متوجه شد که آب در همان زمان پاشیده شد - و بینش را تجربه کرد و فوراً جوهر کشف را فرموله کرد.

به احتمال زیاد، در واقعیت وضعیت متفاوت بود و قبل از این کشف مشاهدات طولانی انجام شد. اما این چندان مهم نیست، زیرا در هر صورت، ارشمیدس موفق شد الگوی زیر را کشف کند:

• اجسام و اجسام که در هر مایعی غوطه ور می شوند، چندین نیروی چند جهتی را به طور همزمان تجربه می کنند، اما عمود بر سطح آنها.
• بردار نهایی این نیروها به سمت بالا هدایت می شود، بنابراین، هر جسم یا جسمی که در حالت استراحت در مایع باشد، دفع را تجربه می کند.
• در این حالت نیروی شناوری دقیقا برابر با ضریبی است که حاصل ضرب حجم جسم و چگالی مایع در شتاب گرانش به دست می آید.

بنابراین، ارشمیدس ثابت کرد که جسمی که در یک مایع غوطه ور شده است، حجمی از مایع را که برابر با حجم خود بدن است، جابجا می کند. اگر فقط قسمتی از بدن در مایع غوطه ور شود، مایع را جابجا می کند که حجم آن فقط با حجم قسمتی که غوطه ور شده است، می شود.

همین الگو در مورد گازها نیز صدق می کند - فقط در اینجا حجم بدن باید با چگالی گاز مرتبط باشد.

شما می توانید یک قانون فیزیکی و کمی ساده تر فرموله کنید - نیرویی که جسم خاصی را از مایع یا گاز بیرون می راند دقیقاً برابر با وزن مایع یا گازی است که در هنگام غوطه ور شدن توسط این جسم جابجا شده است.

قانون به صورت فرمول زیر نوشته شده است:

اهمیت قانون ارشمیدس چیست؟

الگوی کشف شده توسط دانشمندان یونان باستان ساده و کاملاً واضح است. اما در عین حال، نمی توان اهمیت آن را برای زندگی روزمره دست بالا گرفت.

به لطف دانش بیرون راندن اجسام توسط مایعات و گازها است که می‌توانیم کشتی‌های رودخانه‌ای و دریایی و همچنین کشتی‌های هوایی و بالون‌هایی برای هوانوردی بسازیم. کشتی های فلزی سنگین غرق نمی شوند زیرا در طراحی آنها قانون ارشمیدس و عواقب متعدد آن در نظر گرفته شده است - آنها به گونه ای ساخته شده اند که بتوانند روی سطح آب شناور شوند و غرق نشوند. وسایل هوانوردی بر اساس یک اصل مشابه عمل می کنند - آنها از شناوری هوا استفاده می کنند و در طول پرواز سبک تر از آن می شوند.

پیام مدیر:

بچه ها! چه کسی مدت هاست که می خواهد انگلیسی یاد بگیرد؟
برو به و دو درس رایگان بگیریددر مدرسه انگلیسی SkyEng!
من خودم آنجا کار می کنم - خیلی باحال. پیشرفت وجود دارد.

در برنامه می توانید کلمات را یاد بگیرید، گوش دادن و تلفظ را آموزش دهید.

آن را امتحان کنید. دو درس رایگان با لینک من!
کلیک

جسمی که در مایع یا گاز غوطه ور می شود، تحت نیروی شناوری برابر با وزن مایع یا گاز جابجا شده توسط این جسم قرار می گیرد.

به صورت یکپارچه

نیروی ارشمیدسیهمیشه در جهت مخالف گرانش است، بنابراین وزن یک جسم در یک مایع یا گاز همیشه کمتر از وزن این جسم در خلاء است.

اگر جسمی روی سطحی شناور باشد یا به طور یکنواخت به سمت بالا یا پایین حرکت کند، نیروی شناور (همچنین به نام نیروی ارشمیدسی) از نظر قدر مطلق (و در جهت مخالف) برابر با نیروی گرانشی است که بر حجم مایع (گاز) جابجا شده توسط جسم وارد می شود و به مرکز ثقل این حجم اعمال می شود.

در مورد اجسامی که در یک گاز هستند، مثلاً در هوا، برای یافتن نیروی بالابر (نیروی ارشمیدس)، باید چگالی مایع را با چگالی گاز جایگزین کنید. به عنوان مثال، یک بالون با هلیوم به دلیل اینکه چگالی هلیوم کمتر از چگالی هوا است، به سمت بالا پرواز می کند.

در غیاب میدان گرانشی (Gravity)، یعنی در حالت بی وزنی، قانون ارشمیدسکار نمی کند. فضانوردان به خوبی با این پدیده آشنا هستند. به طور خاص، در حالت بی وزنی هیچ پدیده همرفتی (حرکت طبیعی هوا در فضا) وجود ندارد، بنابراین، به عنوان مثال، خنک کننده هوا و تهویه محفظه های زندگی فضاپیماها توسط فن ها انجام می شود.

در فرمولی که استفاده کردیم

نیروی شناوری وارد بر جسم غوطه ور در سیال برابر با وزن سیال جابجا شده توسط آن است.

"اوریکا!" ("پیدا شد!") - طبق افسانه، این تعجب توسط دانشمند و فیلسوف یونان باستان ارشمیدس با کشف اصل جابجایی صادر شد. افسانه ها حاکی از آن است که هرون دوم، پادشاه سیراکوزان، از متفکر خواست تا تعیین کند که آیا تاج او از طلای خالص ساخته شده است، بدون اینکه به خود تاج سلطنتی آسیبی وارد شود. وزن کردن تاج برای ارشمیدس دشوار نبود، اما این کافی نبود - باید حجم تاج را تعیین کرد تا چگالی فلزی که از آن ریخته‌گری شده بود محاسبه شود و مشخص شود که آیا طلای خالص است یا خیر. .

علاوه بر این، طبق افسانه، ارشمیدس، که درگیر افکاری در مورد چگونگی تعیین حجم تاج بود، در حمام فرو رفت - و ناگهان متوجه شد که سطح آب در حمام بالا رفته است. و سپس دانشمند متوجه شد که حجم بدن او جابجا شده است به اندازه حجم آب، بنابراین، تاج، اگر آن را در یک حوض پر از لبه پایین بیاورند، حجم آب را به اندازه حجم آن از آن جابه جا می کند. راه حل این مشکل پیدا شد و طبق رایج ترین نسخه افسانه، دانشمند دوید تا پیروزی خود را به کاخ سلطنتی گزارش دهد، بدون اینکه حتی به خود زحمت لباس بپوشد.

با این حال، آنچه حقیقت دارد حقیقت دارد: این ارشمیدس بود که کشف کرد اصل شناوری. اگر جسم جامد در مایعی غوطه ور شود، حجمی از مایع را جابجا می کند که معادل حجم بخشی از بدن غوطه ور در مایع است. فشاری که قبلاً روی سیال جابجا شده وارد می شد اکنون روی جامدی که آن را جابجا کرده است تأثیر می گذارد. و اگر نیروی شناوری که به صورت عمودی به سمت بالا عمل می کند بیشتر از نیروی گرانش باشد که بدن را به صورت عمودی به سمت پایین می کشد، بدن شناور می شود. در غیر این صورت به پایین می رود (غرق می شود). در اصطلاح امروزی، جسمی شناور می شود که چگالی متوسط ​​آن کمتر از چگالی مایعی باشد که در آن غوطه ور است.

قانون ارشمیدس را می توان بر اساس نظریه جنبشی مولکولی تفسیر کرد. در سیال در حال سکون، فشار در اثر برخورد مولکول های متحرک ایجاد می شود. وقتی حجم معینی از مایع توسط جسم جامد جابه‌جا می‌شود، تکانه ضربه‌های مولکولی به سمت بالا نه بر روی مولکول‌های مایع جابجا شده توسط بدن، بلکه بر روی خود جسم می‌افتد، که توضیح می‌دهد فشار وارد شده بر آن از پایین و فشار دادن آن به سمت. سطح مایع اگر بدنه به طور کامل در مایع غوطه ور شود، نیروی شناوری همچنان بر آن اثر می گذارد، زیرا با افزایش عمق فشار افزایش می یابد و قسمت پایینی بدنه تحت فشار بیشتری نسبت به قسمت بالایی قرار می گیرد که از آن نیروی شناوری ناشی می شود. . این توضیح نیروی شناوری در سطح مولکولی است.

این الگوی شناوری توضیح می دهد که چرا یک کشتی ساخته شده از فولاد، که بسیار چگالتر از آب است، شناور می ماند. واقعیت این است که حجم آب جابجا شده توسط کشتی برابر با حجم فولاد غوطه ور در آب به اضافه حجم هوای موجود در داخل بدنه کشتی در زیر خط آب است. اگر چگالی پوسته بدنه و هوای داخل آن را میانگین بگیریم، معلوم می شود که چگالی کشتی (به عنوان یک جسم فیزیکی) کمتر از چگالی آب است، در نتیجه نیروی شناوری وارد بر آن می شود. تکانه های رو به بالا ناشی از برخورد مولکول های آب بیشتر از نیروی جاذبه زمین است و کشتی را به پایین می کشد و کشتی به بادبان می رود.