Keha tihedus ja üleslükkejõud

Tihedus on keha massi ja ruumala suhe ehk keha mass ruumalaühiku kohta.


 
Kui kaks neist suurustest on teada, saab leida kolmanda.

Tihedus võrdleb erinevate kehade masse omavahel. Kui võtta täpselt ühesugune ruumalaühik erinevaid aineid, näiteks 1 cm3, siis nende kuupide massid on erinevad, sõltuvalt ainest. Tihedust saab määrata, kui on teada uuritava keha mass ja ruumala. Tiheduse mõõtühik on kg/m3 või g/cm3.

Väikeste mõõtmetega keha on suurema tihedusega kui sama massiga, kuid suuremate mõõtmetega keha.

Üleslükkejõud


Kõigile kehadele Maal mõjub alati raskusjõud. Kahele kehale, mille pinnad on kokkupuutes ja liiguvad üksteise suhtes, mõjub hõõrdejõud. Kui keha on aga asetatud mingisse vedelikku, siis mõjub jõud, mis seda keha üles lükkab - üleslükkejõud.

Üleslükkejõud mõjub raskusjõule vastupidises suunas. Kui asetada vedelikku mingi keha, siis on kolm võimalust, mismoodi keha vedelikus käitub:

  • Kui üleslükkejõud on suurem kui raskusjõud, siis keha ujub veepinnal.
  • Kui üleslükkejõud on võrdne keha raskusjõuga, siis keha hõljub vees, see tähendab, et need kaks jõudu tasakaalustavad üksteist ning kehale ei näi vees üldse mingid jõud mõjuvat.
  • Kui üleslükkejõud on väiksem keha raskusjõust, siis keha vajub vedelikus anuma põhja, upub.


Joonis: Vedelikus asetsevale kehale mõjuvad jõud (graafika: Ly Sõõrd)

Seda, kas mingi keha ujub või upub mingis vedelikus, ei pea teadma keha mõõtmeid ega massi. Piisab vaid sellest, et võrrelda omavahel keha tihedust ja vedeliku tihedust. Kui keha tihedus on suurem vedeliku tihedusest, siis vajub see keha põhja. Kui aga keha tihedus on väiksem vedeliku tihedusest, siis jääb keha pinnale ujuma. Kui keha tihedus on võrdne vedeliku tihedusega, siis keha hõljub vedelikus.

Kui keha on valmistatud suure tihedusega materjalist, kuid keha sees asub õhuga täidetud tühimik (näiteks: jalgpall), siis selle keha tihedus on väiksem - seda tihedust nimetatakse keha keskmiseks tiheduseks. Tühimiku tõttu on keha mass väiksem kui sama suure tühimikuta keha mass. Ka laevad, mis valmistatud metallist, püsivad vee peal, sest laevade keskmine tihedus on väiksem vee tihedusest.

Üleslükkejõu simulatsioon: http://mudelid.5dvision.ee/yleslyke

Videonäide: jää sulamine õlis (YouTube.com)

Sama aine tihedus tahkel, vedelal ja gaasilisel kujul on erinevad. Näiteks jää ja vee puhul on tegemist sama ainega, esimene neist on tahkes ja teine vedelas olekus. Kindlasti sa tead seda nähtust, et kui klaasi vee sisse panna jäätükk, siis jääb see veepinnale ujuma, nii et väike osa jääst on veest väljas. Seega on jää väiksema tihedusega kui vesi. Mis aga juhtub siis kui jäätükk asetada toiduõli sisse? Järgmises videos näed sellist katset. Jää on värvitud siniseks, et see oleks paremini näha. Kuna jää tihedus on õli tihedusest natuke väiksem, jääb jäätükk õli pinna lähedale ujuma. Jää sulamisel tekkiva vee tihedus on aga suurem kui õli tihedus. Kuna vesi ei segune toiduõliga, on katses näha, kuidas jääkuubiku sulamisel langevad veetilgad anuma põhja.

Videonäide: hõbepaberist laev ujub gaasi pinnal (YouTube.com)

Ka gaasides mõjub kehadele üleslükkejõud. Järgmises videoklipis asetatakse hõbepaberist laev õhust tihedama gaasi pinnale ujuma. Raske gaasi valamine laeva sisse põhjustab laeva uppumise:

Videonäide: ujumine Surnumeres (YouTube.com)

Magevees ja merevees mõned inimesed oskavad ujuda, mõned mitte. Surnumeres ei peagi ujuda oskama, sest inimese keha püsib veepinnal. Surnumeres on vesi väga soolane. Suur soolasisaldus teeb vee tiheduse suuremaks ja seetõttu on ka üleslükkejõud, mis inimese kehale mõjub, suurem.