شناوری

نیروی شناوری ( به انگلیسی: Buoyancy force ) نیرویی است که توسط یک سیال به جسم غوطه ور در آن به سمت بالا وارد می شود و با نیروی وزن مقابله می کند.
در یک ستون از سیال، با افزایش عمق فشار افزایش می یابد. در نتیجه فشار زیر ستون سیال، بیش از فشار در بالای ستون می باشد. به طور مشابه، فشار زیر یک جسم شناور در سیال بیش از فشار روی جسم است و این اختلاف فشار باعث ایجاد نیرویی در جهت بالا به جسم می شود. اندازه نیرو به اختلاف فشار وابسته است و به صورتی که توسط قانون ارشمیدس نیز توضیح داده می شود، مساوی با وزن سیالی است که جسم اشغال کرده است که به آن حجم جابجا شده نیز می گویند.
مرکز شناوری یک جسم، برابر مرکزوار حجم جابجا شده از سیال است.
ارشمیدس ( ۲۱۲–۲۸۷ قبل از میلاد ) مبانی این قانون را کشف کرد که چنین بیان شده است:
هر سیالی به جسمی که در آن قرار گرفته ( جزئی یا کامل ) نیروی شناوری وارد می کند. اندازهٔ این نیرو برابر وزن سیال جابجا شده است.
نکتهٔ جالب اینکه شکل جسم فرورفته در آب اهمیت ندارد و مستقل از شکل ظاهری جسم، نیروی شناوری رفتار یگانه دارد و از اصل ارشمیدس پیروی می کند.
وقتی نیروی ارشمیدس از نیروی وزن بیشتر باشد جسم روی سطح آزاد شاره شناور می شود و وقتی نیروی وزن جسم از نیروی ارشمیدس بیشتر باشد جسم درون سیال غرق می شود. سیال لزوماً آب نیست و می تواند هر مایع یا گازی باشد.
اصل ارشمیدس کشش سطحی ( مویینگی ) را که بر روی جسم اعمال می کند در نظر نمی گیرد، اما این نیروی اضافی فقط مقدار سیال جابجا شده و توزیع فضایی جابجایی را تغییر می دهد، بنابراین این اصل که شناوری = وزن سیال جابجا شده باقی می ماند. معتبر است.
وزن سیال جابجا شده با حجم سیال جابجا شده نسبت مستقیم دارد ( اگر سیال اطراف چگالی یکنواخت داشته باشد ) . به زبان ساده، این اصل بیان می کند که نیروی شناوری بر روی یک جسم برابر است با وزن سیال جابجا شده توسط جسم، یا چگالی سیال ضرب در حجم غوطه ور ضربدر شتاب گرانش، g. بنابراین در میان اجسام کاملاً غوطه ور با جرم مساوی، اجسام با حجم بیشتر شناور بیشتری دارند. این به عنوان بالارفتگی نیز شناخته می شود.
فرض کنید وزن یک سنگ زمانی که توسط یک ریسمان در خلاء معلق است و گرانش بر روی آن اثر می کند، ۱۰ نیوتن اندازه گیری می شود. فرض کنید وقتی سنگ در آب فرومی رود، آب به وزن ۳ نیوتن را جابجا می کند. سپس نیرویی که بر روی ریسمانی که از آن آویزان است اعمال می کند ۱۰ نیوتن منهای ۳ نیوتن نیروی شناوری خواهد بود: ۷=۳–۱۰ نیوتن. شناوری وزن ظاهری اجسامی را که به طور کامل در کف دریا فرورفته اند کاهش می دهد. به طور کلی بلند کردن یک جسم از طریق آب آسان تر از بیرون کشیدن آن از آب است.

شناوری (floating)
حالت تعادل جسم آرام گرفته یا معلق مانده در سطح شاره (مایع یا گاز). بنابر اصل ارشمیدس، بر جسمی که به صورت کامل یا جزئی در شاره ای فرورفته باشد، نیرویی روبه بالا وارد می شود که بزرگی اش برابر با وزن شارۀ جابه جاشده است. اگر چگالی جسم بیشتر از چگالی شاره باشد، وزن جسم از نیروی رو به بالا بیشتر خواهد بود و جسم در شاره فرو می رود، اما اگر چگالی جسم کمتر از چگالی شاره باشد، نیروی روبه بالا بیشتر از وزن جسم خواهد بود و جسم در سطح شاره می ماند، یا به طرف سطح رانده خواهد شد. هر چه میزان بالارفتگی جسم از سطح شاره بیشتر باشد، مقدار شارۀ جابه جاشده با جسم، و درنتیجه، مقدار نیروی روبه بالا کم تر خواهد بود. سرانجام، نیروی روبه بالای وارد بر بخش غوطه ور جسم با وزن جسم برابر و حالت تعادل برقرار می شود و جسم شناورخواهد ماند.