หลักการของอาร์คิมิดีส

 

ในบันทึก On Floating Bodies (250 ปีก่อนคริสตกาล) อาร์คิมิดีสได้เสนอไว้ว่า

วัตถุลอยใด ๆ ซึ่งจมอยู่ในของไหลทั้งส่วนหรือบางส่วน จะถูกพยุงไว้โดยแรงที่เท่ากับน้ำหนักของของไหลที่ถูกแทนที่โดยวัตถุนั้น

ในทางปฏิบัติ หลักการของอาร์คิมิดีสสามารถใช้ในการคำนวณหาแรงลอยตัวที่เกิดขึ้นกับวัตถุที่จมทั้งส่วนหรือบางส่วนในของไหลได้ โดยแรงที่มีทิศทางพุ่งลงจากวัตถุคือน้ำหนักของวัตถุ และแรงที่มีทางพุ่งขึ้นจากวัตถุหรือแรงลอยตัวคือหลักการของอาร์คิมิดีสที่กล่าวไปในข้างต้น ดังนั้นแล้วแรงสุทธิบนวัตถุคือผลต่างของขนาดของแรงลอยตัวกับน้ำหนัก ถ้าหากว่าแรงสุทธิเป็นบวก วัตถุจะลอยขึ้น แต่ถ้าหากเป็นลบ วัตถุจะจม และถ้าหากเป็นศูนย์ วัตถุจะลอยอย่างสมดุลโดยที่จะไม่ลอยขึ้นหรือจมลง

หรือกล่าวง่าย ๆ คือหลักการของอาร์คิมิดีสกล่าวไว้ว่า เมื่อวัตถุจมเพียงบางส่วนหรือทั้งส่วนในของไหลใด ๆ น้ำหนักของวัตถุนั้นจะลดลงอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งน้ำหนักที่หายไปจะเท่ากับน้ำหนักของของไหลที่ถูกแทนที่โดยวัตถุนั้น

• น้ำหนักของของไหลที่ถูกแทนที่ (แรงลอยตัว) = น้ำหนักที่ชั่งในอากาศ - น้ำหนักที่ชั่งในน้ำ

• ${\displaystyle {F_{B}}=\rho _{f}g{V_{s}}}$ 

${\displaystyle {F_{B}}}$  คือ แรงลอยตัว (หน่วย นิวตัน)
${\displaystyle \rho _{f}}$  คือ ความหนาแน่นของของเหลว (หน่วย กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร)
${\displaystyle g}$  คือ ค่าความเร่งโน้มถ่วงของโลก (มีค่า ≈ 9.8 m/s² หรือในบางกรณีอาจปัดขึ้นเป็น 10 m/s²)
${\displaystyle {V_{s}}}$  คือ ปริมาตรวัตถุส่วนที่จมในของไหล (หน่วย ลูกบาศก์เมตร)

• แรงลอยตัว