نتيجة لاختلاف ضغط السائل عند مستويات مختلفة، تنشأ قوة طفو أو قوة أرخميدس، والتي يتم حسابها بالصيغة:
أين: الخامس- حجم السائل المزاح بواسطة الجسم، أو حجم جزء من الجسم مغمور في السائل، ρ هي كثافة السائل الذي مغمور فيه الجسم، وبالتالي، ρV- كتلة السائل النازح.
إن قوة أرخميدس المؤثرة على جسم مغمور في سائل (أو غاز) تساوي وزن السائل (أو الغاز) الذي يزيحه الجسم. ويسمى هذا البيان قانون أرخميدس، صالحة للأجسام من أي شكل.
في هذه الحالة، ينخفض وزن الجسم (أي القوة التي يؤثر بها الجسم على الدعامة أو التعليق) المغمور في السائل. فإذا افترضنا أن وزن الجسم الساكن في الهواء يساوي ملغوهذا هو بالضبط ما سنفعله في معظم المسائل (على الرغم من أن قوة أرخميدس صغيرة جدًا من الغلاف الجوي تؤثر أيضًا على جسم في الهواء، لأن الجسم مغمور في غاز من الغلاف الجوي)، إذن بالنسبة لوزن جسم في سائل يمكننا بسهولة استخلاص الصيغة المهمة التالية:
يمكن استخدام هذه الصيغة لحل عدد كبير من المشاكل. يمكن تذكره. بمساعدة قانون أرخميدس، لا يتم تنفيذ الملاحة فحسب، بل يتم أيضًا الملاحة الجوية. ويترتب على قانون أرخميدس أنه إذا كانت كثافة الجسم متوسطة ρ t أكبر من كثافة السائل (أو الغاز) ρ (أو بطريقة أخرى ملغ > Fأ) سوف يغوص الجسم إلى القاع. لو ρ ت< ρ (أو بطريقة أخرى ملغ < Fأ) سوف يطفو الجسم على سطح السائل. سيكون حجم الجزء المغمور من الجسم بحيث يكون وزن السائل النازح مساويًا لوزن الجسم. لكي يرتفع البالون في الهواء، يجب أن يكون وزنه أقل من وزن الهواء المزاح. ولذلك، تمتلئ البالونات بالغازات الخفيفة (الهيدروجين والهيليوم) أو الهواء الساخن.
الأجسام العائمة
إذا كان الجسم على سطح سائل (عائم)، فإن قوتين فقط تؤثران عليه (أرخميدس للأعلى والجاذبية للأسفل)، والتي توازن بعضها البعض. إذا تم غمر جسم في سائل واحد فقط، فمن خلال كتابة قانون نيوتن الثاني لهذه الحالة وإجراء عمليات رياضية بسيطة يمكننا الحصول على التعبير التالي المتعلق بالحجم والكثافات:
أين: الخامسالغمر - حجم الجزء المغمور من الجسم، الخامس– حجم الجسم بالكامل . وباستخدام هذه العلاقة، يمكن حل معظم المشكلات المتعلقة بالأجسام العائمة بسهولة.
المعلومات النظرية الأساسية
دفعة الجسم
دفعة(كمية حركة) الجسم هي كمية ناقلة فيزيائية، وهي خاصية كمية للحركة الانتقالية للأجسام. تم تحديد الدافع ر. إن زخم الجسم يساوي ناتج كتلة الجسم وسرعته، أي. يتم حسابه بواسطة الصيغة:
يتزامن اتجاه ناقل النبضة مع اتجاه ناقل سرعة الجسم (المماس الموجه للمسار). وحدة الدفع هي كجم∙م/ث.
الزخم الكلي لنظام الهيئاتيساوي المتجهمجموع نبضات جميع الهيئات في النظام:
التغير في زخم جسم واحدتم العثور عليه بواسطة الصيغة (لاحظ أن الفرق بين النبضات النهائية والنبضات الأولية هو المتجه):
أين: صن - دفعة الجسم في اللحظة الأولى من الزمن، صك - إلى الأخير. الشيء الرئيسي هو عدم الخلط بين المفهومين الأخيرين.
تأثير مرن تمامًا- نموذج مجرد للتأثير، لا يأخذ في الاعتبار فقدان الطاقة بسبب الاحتكاك والتشوه وما إلى ذلك. ولا تؤخذ في الاعتبار أي تفاعلات أخرى غير الاتصال المباشر. مع تأثير مرن تمامًا على سطح ثابت، تكون سرعة الجسم بعد الاصطدام مساوية في الحجم لسرعة الجسم قبل الاصطدام، أي أن حجم الدفع لا يتغير. فقط اتجاهه يمكن أن يتغير. في هذه الحالة، زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس.
تأثير غير مرن على الاطلاق- ضربة ونتيجة لذلك تتواصل الأجسام وتستمر في حركتها الإضافية كجسم واحد. على سبيل المثال، عندما تسقط كرة من البلاستيسين على أي سطح، فإنها تتوقف عن حركتها تمامًا، وعندما تصطدم سيارتان، يتم تنشيط قارنة التوصيل الأوتوماتيكية وتستمر أيضًا في التحرك معًا.
قانون الحفاظ على الزخم
عندما تتفاعل الأجسام، يمكن نقل نبض أحد الأجسام جزئيًا أو كليًا إلى جسم آخر. إذا لم يتم التأثير على نظام من الأجسام بواسطة قوى خارجية من أجسام أخرى، يسمى هذا النظام مغلق.
في النظام المغلق، يظل المجموع المتجه لنبضات جميع الأجسام الموجودة في النظام ثابتًا لأي تفاعلات بين أجسام هذا النظام مع بعضها البعض. يسمى هذا القانون الأساسي للطبيعة قانون الحفاظ على الزخم (LCM). عواقبها هي قوانين نيوتن. يمكن كتابة قانون نيوتن الثاني في صورة الزخم على النحو التالي:
وكما يستنتج من هذه الصيغة، إذا لم تكن هناك قوة خارجية تؤثر على نظام من الأجسام، أو تم تعويض عمل القوى الخارجية (القوة المحصلة صفر)، فإن التغير في الزخم هو صفر، مما يعني أن الزخم الإجمالي للأجسام هو صفر. يتم حفظ النظام:
وبالمثل، يمكن للمرء أن يعلل تساوي إسقاط القوة على المحور المحدد مع الصفر. إذا لم تؤثر القوى الخارجية على أحد المحاور فقط، فسيتم الحفاظ على إسقاط الزخم على هذا المحور، على سبيل المثال:
ويمكن عمل سجلات مماثلة لمحاور الإحداثيات الأخرى. بطريقة أو بأخرى، عليك أن تفهم أن النبضات نفسها يمكن أن تتغير، لكن مجموعها يظل ثابتا. يتيح قانون الحفاظ على الزخم في كثير من الحالات العثور على سرعات الأجسام المتفاعلة حتى عندما تكون قيم القوى المؤثرة غير معروفة.
دعونا نواصل دراستنا لقوة أرخميدس. دعونا نفعل بعض التجارب. نعلق كرتين متطابقتين من عارضة التوازن. وزنهم هو نفسه، وبالتالي فإن الكرسي الهزاز متوازن (الشكل "أ"). ضع كوبًا فارغًا أسفل الكرة اليمنى. وهذا لن يغير وزن الكرات، وبالتالي سيبقى التوازن (الشكل "ب").
التجربة الثانية. دعونا نعلق حبة بطاطس كبيرة من مقياس الدينامومتر. ترى أن وزنها هو 3.5 N. فلنغمر البطاطس في الماء. سنجد أن وزنه انخفض وأصبح يساوي 0.5 نيوتن.
دعونا نحسب التغير في وزن البطاطس:
DW = 3.5 ن – 0.5 ن = 3 ن
لماذا انخفض وزن حبة البطاطس بمقدار 3 N بالضبط؟ من الواضح أنه في الماء تعرضت البطاطس لقوة طفو بنفس الحجم. بعبارة أخرى، قوة أرخميدس تساوي التغير في الوزن tأكل:
تعبر هذه الصيغة طريقة قياس قوة أرخميدس:تحتاج إلى قياس وزن جسمك مرتين وحساب تغيره.القيمة الناتجة تساوي قوة أرخميدس.
لاستخلاص الصيغة التالية دعونا نفعل التجربةبجهاز "دلو أرخميدس". أجزائه الرئيسية هي كما يلي: الزنبرك مع السهم 1، الدلو 2، الجسم 3، وعاء الصب 4، الكأس 5.
أولاً، يتم تعليق الزنبرك والدلو والجسم من حامل ثلاثي الأرجل (الشكل "أ") ويتم تحديد موضع السهم بعلامة صفراء. ثم يتم وضع الجسم في وعاء الصب. عندما يغوص الجسم، فإنه يزيح كمية معينة من الماء، الذي يُسكب في كوب (الشكل "ب"). يصبح وزن الجسم أخف، وينضغط الزنبرك، ويرتفع السهم فوق العلامة الصفراء.
دعونا نسكب الماء الذي أزاحه الجسم من الزجاج في الدلو (الشكل "ج"). والأغرب من ذلك أنه عند سكب الماء (الشكل “د”) فإن السهم لن ينزل فحسب، بل سيشير بالضبط إلى العلامة الصفراء! وسائل، كان وزن الماء المسكوب في الدلو يوازن قوة أرخميدس. وفي شكل صيغة، سيتم كتابة هذا الاستنتاج على النحو التالي:
تلخيص نتائج تجربتين، نحصل عليها قانون أرخميدس: قوة الطفو المؤثرة على جسم في سائل (أو غاز) تساوي وزن السائل (الغاز) المأخوذ في حجم هذا الجسم وموجهة عكس اتجاه ناقل الوزن.
في الفقرة 3-ب أشرنا إلى أن قوة أرخميدس عادةموجهة للأعلى. نظرًا لأنها معاكسة لمتجه الوزن، ولا يتم توجيهها دائمًا للأسفل، فإن قوة أرخميدس أيضًا لا تعمل دائمًا للأعلى. على سبيل المثال، في جهاز طرد مركزي دوارفي كوب من الماء، لن تطفو فقاعات الهواء، بل تنحرف نحو محور الدوران.
سبب ظهور قوة أرخميدس هو اختلاف ضغط الوسط عند أعماق مختلفة. ولذلك، فإن قوة أرخميدس تحدث فقط في وجود الجاذبية. على القمر سيكون ستة مرات، وعلى المريخ سيكون 2.5 مرة أقل من الأرض.
في حالة انعدام الوزن لا توجد قوة أرخميدس. فإذا تخيلنا أن قوة الجاذبية على الأرض اختفت فجأة، فإن كل السفن في البحار والمحيطات والأنهار ستذهب إلى أي عمق عند أدنى دفعة. لكن التوتر السطحي للمياه، بغض النظر عن الجاذبية، لن يسمح لهم بالارتفاع، لذلك لن يتمكنوا من الإقلاع، وسوف يغرقون جميعا.
كيف تتجلى قوة أرخميدس؟
يعتمد حجم قوة أرخميدس على حجم الجسم المغمور وكثافة الوسط الذي يقع فيه. تعريفها الدقيق بالمصطلحات الحديثة: الجسم المغمور في وسط سائل أو غازي في مجال الجاذبية تتأثر بقوة طفو تساوي تمامًا وزن الوسط المزاح بواسطة الجسم، أي F = ρgV، حيث F هي قوة أرخميدس. ρ – كثافة الوسط؛ ز – تسارع السقوط الحر. V هو حجم السائل (الغاز) الذي يزيحه الجسم أو الجزء المغمور منه.
إذا كانت هناك قوة طفو في المياه العذبة مقدارها 1 كجم (9.81 نيوتن) لكل لتر من حجم الجسم المغمور، ففي مياه البحر التي تبلغ كثافتها 1.025 كجم*مكعب. dm، فإن قوة أرخميدس البالغة 1 كجم 25 جم ستعمل على نفس اللتر من الحجم بالنسبة لشخص متوسط البنية، سيكون الفرق في قوة دعم البحر والمياه العذبة حوالي 1.9 كجم. لذلك فإن السباحة في البحر أسهل: تخيل أنك بحاجة إلى السباحة عبر بركة على الأقل بدون تيار مع وجود دمبل يبلغ وزنه كيلوغرامين في حزامك.
لا تعتمد قوة أرخميدس على شكل الجسم المغمور. خذ أسطوانة حديدية وقس قوتها من الماء. ثم قم بطرح هذه الأسطوانة على شكل ورقة، واغمرها بشكل مسطح وحوافها في الماء. في جميع الحالات الثلاث، ستكون قوة أرخميدس هي نفسها.
قد يبدو الأمر غريبًا للوهلة الأولى، ولكن إذا غمرت لوحًا مسطحًا، فإن الانخفاض في فرق الضغط للوح الرقيق يتم تعويضه بزيادة في مساحته المتعامدة مع سطح الماء. وعند غمر الحافة، على العكس من ذلك، يتم تعويض المساحة الصغيرة من الحافة بالارتفاع الأكبر للورقة.
إذا كان الماء مشبعاً جداً بالأملاح، مما يجعل كثافته أعلى من كثافة جسم الإنسان، فحتى الشخص الذي لا يعرف السباحة لن يغرق فيه. ففي البحر الميت في إسرائيل، على سبيل المثال، يمكن للسائحين الاستلقاء على الماء لساعات دون أن يتحركوا. صحيح أنه لا يزال من المستحيل المشي عليها - منطقة الدعم صغيرة، يسقط الشخص في الماء حتى رقبته، حتى يساوي وزن الجزء المغمور من الجسم وزن الماء المزاح به. ومع ذلك، إذا كان لديك قدر معين من الخيال، فيمكنك إنشاء أسطورة حول المشي على الماء. أما في الكيروسين الذي تبلغ كثافته 0.815 كجم*مكعب فقط. dm، حتى السباح ذو الخبرة الكبيرة لن يتمكن من البقاء على السطح.
قوة أرخميدس في الديناميكيات
يعلم الجميع أن السفن تطفو بفضل قوة أرخميدس. لكن الصيادين يعرفون أن قوة أرخميدس يمكن استخدامها أيضًا في الديناميكيات. إذا صادفت سمكة كبيرة وقوية (تايمن، على سبيل المثال)، فلا فائدة من سحبها ببطء إلى الشبكة (الصيد من أجلها): سوف تكسر خط الصيد وتغادر. تحتاج إلى السحب بخفة أولاً عندما يختفي. تشعر السمكة بالخطاف، وتحاول تحرير نفسها منه، وتندفع نحو الصياد. ثم تحتاج إلى السحب بقوة وحادة حتى لا يتوفر لخط الصيد وقت للكسر.
في الماء، لا يزن جسم السمكة شيئًا تقريبًا، ولكن يتم الحفاظ على كتلته وقصوره الذاتي. مع طريقة الصيد هذه، تبدو قوة أرخميدس وكأنها ترفس السمكة في ذيلها، وستسقط الفريسة نفسها عند قدمي الصياد أو في قاربه.
قوة أرخميدس في الهواء
لا تؤثر قوة أرخميدس في السوائل فحسب، بل في الغازات أيضًا. وبفضلها تطير بالونات الهواء الساخن والمناطيد (مناطيد زيبلين). 1 متر مكعب. م من الهواء في الظروف العادية (20 درجة مئوية عند مستوى سطح البحر) يزن 1.29 كجم، و1 كجم من الهيليوم يزن 0.21 كجم. أي أن مترًا مكعبًا واحدًا من القشرة المملوءة قادر على رفع حمولة قدرها 1.08 كجم. إذا كان قطر القشرة 10 م، فإن حجمها سيكون 523 متر مكعب. م بعد أن صنعتها من مادة اصطناعية خفيفة الوزن، نحصل على قوة رفع تبلغ حوالي نصف طن. يطلق رواد الطيران على قوة أرخميدس اسم قوة الاندماج الجوي.
إذا قمت بضخ الهواء من البالون دون السماح له بالانكماش، فإن كل متر مكعب منه سوف يسحب الـ 1.29 كجم بالكامل. تعتبر زيادة الرفع بأكثر من 20% أمرًا مغريًا للغاية من الناحية الفنية، لكن الهيليوم باهظ الثمن والهيدروجين مادة متفجرة. ولذلك، تظهر مشاريع المناطيد الفراغية من وقت لآخر. لكن التكنولوجيا الحديثة ليست قادرة بعد على إنتاج مواد قادرة على تحمل الضغط الجوي العالي (حوالي 1 كجم لكل سم مربع) من الخارج على القشرة.
على الرغم من الاختلافات الواضحة في خصائص السوائل والغازات، إلا أنه في كثير من الحالات يتم تحديد سلوكها بنفس المعلمات والمعادلات، مما يجعل من الممكن استخدام منهج موحد لدراسة خصائص هذه المواد.
في الميكانيكا، تعتبر الغازات والسوائل وسائط مستمرة. من المفترض أن جزيئات المادة تتوزع بشكل مستمر في الجزء الذي تشغله من الفضاء. في هذه الحالة، تعتمد كثافة الغاز بشكل كبير على الضغط، بينما يختلف الوضع بالنسبة للسائل. عادة، عند حل المشكلات، يتم إهمال هذه الحقيقة، وذلك باستخدام المفهوم المعمم للسائل غير القابل للضغط، والذي تكون كثافته موحدة وثابتة.
التعريف 1
يتم تعريف الضغط على أنه القوة الطبيعية $F$ المؤثرة على جزء من السائل لكل وحدة مساحة $S$.
$ρ = \frac(\Delta P)(\Delta S)$.
ملاحظة 1
يتم قياس الضغط بالباسكال. واحد باسكال يساوي قوة 1 نيوتن تؤثر على وحدة مساحة 1 مربع. م.
في حالة التوازن، يوصف ضغط السائل أو الغاز بقانون باسكال، والذي بموجبه ينتقل الضغط الموجود على سطح السائل الناتج عن قوى خارجية بواسطة السائل بالتساوي في جميع الاتجاهات.
في التوازن الميكانيكي، يكون ضغط السائل الأفقي هو نفسه دائمًا؛ ولذلك، فإن السطح الحر للسائل الساكن يكون دائمًا أفقيًا (إلا في حالات التلامس مع جدران الوعاء). إذا أخذنا في الاعتبار حالة عدم انضغاط السائل، فإن كثافة الوسط المعني لا تعتمد على الضغط.
لنتخيل حجمًا معينًا من السائل محاطًا بأسطوانة رأسية. دعنا نشير إلى المقطع العرضي للعمود السائل بـ $S$، وارتفاعه بـ $h$، وكثافة السائل بـ $ρ$، والوزن بـ $P=ρgSh$. ثم صحيح ما يلي:
$p = \frac(P)(S) = \frac(ρgSh)(S) = ρgh$,
حيث $p$ هو الضغط في قاع الوعاء.
ويترتب على ذلك أن الضغط يتغير خطيًا مع الارتفاع. في هذه الحالة، $ρgh$ هو الضغط الهيدروستاتيكي، والتغير فيه يفسر ظهور قوة أرخميدس.
صياغة قانون أرخميدس
ينص قانون أرخميدس، وهو أحد القوانين الأساسية للهيدروستاتيكا والأيروستاتيكية، على أن الجسم المغمور في سائل أو غاز تتأثر بقوة طفو أو رفع تساوي وزن حجم السائل أو الغاز المزاح بواسطة جزء من الجسم المغمور في سائل أو غاز. الجسم مغمور في السائل أو الغاز.
ملاحظة 2
ويعود ظهور قوة أرخميدس إلى أن الوسط - السائل أو الغاز - يميل إلى شغل الحيز الذي يأخذه الجسم المغمور فيه؛ وفي هذه الحالة يتم دفع الجسم خارج الوسط.
ومن هنا الاسم الثاني لهذه الظاهرة – الطفو أو الرفع الهيدروستاتيكي.
ولا تعتمد قوة الطفو على شكل الجسم، ولا على تركيب الجسم وخصائصه الأخرى.
يرجع ظهور قوة أرخميدس إلى اختلاف الضغط البيئي عند أعماق مختلفة. على سبيل المثال، يكون الضغط على الطبقات السفلية من الماء دائمًا أكبر منه في الطبقات العليا.
لا يمكن إظهار قوة أرخميدس إلا في وجود الجاذبية. لذلك، على سبيل المثال، ستكون قوة الطفو على القمر أقل بست مرات من قوة الطفو على الأرض بالنسبة للأجسام ذات الأحجام المتساوية.
ظهور قوة أرشميدس
لنتخيل أي وسط سائل، على سبيل المثال، الماء العادي. دعونا نختار عقليًا حجمًا عشوائيًا من الماء بواسطة سطح مغلق $S$. وبما أن كل السائل في حالة توازن ميكانيكي، فإن الحجم الذي خصصناه يكون ثابتًا أيضًا. وهذا يعني أن محصلة وعزم القوى الخارجية المؤثرة على هذا الحجم المحدود تأخذ قيمًا صفرية. القوى الخارجية في هذه الحالة هي وزن حجم محدود من الماء وضغط السائل المحيط على السطح الخارجي $S$. وتبين أن $F$ الناتج من قوى الضغط الهيدروستاتيكي التي يتعرض لها السطح $S$ يساوي وزن حجم السائل الذي كان محدودًا بالسطح $S$. لكي يختفي العزم الإجمالي للقوى الخارجية، يجب توجيه $F$ الناتج إلى الأعلى ويمر عبر مركز الكتلة للحجم المحدد من السائل.
الآن دعونا نشير إلى أنه بدلاً من هذا السائل المحدود المشروط، تم وضع أي جسم صلب بالحجم المناسب في الوسط. إذا تم استيفاء شرط التوازن الميكانيكي، فلن تحدث أي تغييرات من البيئة، بما في ذلك الضغط المؤثر على السطح $S$ سيظل كما هو. وهكذا يمكننا إعطاء صياغة أكثر دقة لقانون أرخميدس:
ملاحظة 3
إذا كان الجسم المغمور في سائل في حالة توازن ميكانيكي، فإنه تتأثر بقوة الطفو من الضغط الهيدروستاتيكي من بيئته، والتي تساوي عدديًا وزن الوسط في الحجم المزاح بواسطة الجسم.
يتم توجيه قوة الطفو إلى أعلى وتمر عبر مركز كتلة الجسم. إذن، وفقًا لقانون أرخميدس، فإن قوة الطفو هي:
$F_A = ρgV$، حيث:
- $V_A$ - قوة الطفو، H؛
- $ρ$ - كثافة السائل أو الغاز، $kg/m^3$؛
- $V$ - حجم الجسم المغمور في الوسط $m^3$;
- $g$ - تسارع السقوط الحر، $m/s^2$.
إن قوة الطفو المؤثرة على الجسم تكون معاكسة في الاتجاه لقوة الجاذبية، وبالتالي فإن سلوك الجسم المغمور في الوسط يعتمد على نسبة معاملات الجاذبية $F_T$ وقوة أرخميدس $F_A$. هناك ثلاث حالات محتملة هنا:
- $F_T$> $F_A$. قوة الجاذبية تتجاوز قوة الطفو، وبالتالي يغرق الجسم أو يسقط؛
- $F_T$ = $F_A$. تتساوى قوة الجاذبية مع قوة الطفو، وبالتالي فإن الجسم "يعلق" في السائل؛
- $F_T$
قوة الطفو المؤثرة على جسم مغمور في سائل تساوي وزن السائل المزاح به.
"يوريكا!" ("تم العثور عليه!") - هذه هي علامة التعجب، وفقًا للأسطورة، التي أدلى بها العالم والفيلسوف اليوناني القديم أرخميدس، الذي اكتشف مبدأ القمع. تقول الأسطورة أن الملك السيراقوسي هيرون الثاني طلب من المفكر تحديد ما إذا كان تاجه مصنوعًا من الذهب الخالص دون الإضرار بالتاج الملكي نفسه. لم يكن من الصعب وزن تاج أرخميدس، لكن هذا لم يكن كافيًا - كان من الضروري تحديد حجم التاج من أجل حساب كثافة المعدن الذي تم صبه منه وتحديد ما إذا كان ذهبًا خالصًا.
بعد ذلك، وفقًا للأسطورة، انشغل أرخميدس بأفكار حول كيفية تحديد حجم التاج، وانغمس في الحمام - ولاحظ فجأة أن مستوى الماء في الحمام قد ارتفع. وبعد ذلك أدرك العالم أن حجم جسده يزيح حجمًا مساويًا من الماء، وبالتالي فإن التاج، إذا تم إنزاله في حوض مملوء حتى حافته، سوف يزيح حجمًا من الماء يساوي حجمه. تم العثور على حل للمشكلة، ووفقًا للنسخة الأكثر شيوعًا من الأسطورة، ركض العالم لإبلاغ القصر الملكي بانتصاره، دون أن يكلف نفسه عناء ارتداء ملابسه.
ومع ذلك، ما هو صحيح هو صحيح: أرخميدس هو الذي اكتشف مبدأ الطفو. إذا غمر جسم صلب في سائل فإنه يزيح حجماً من السائل يساوي حجم الجزء المغمور في السائل من الجسم. إن الضغط الذي كان يعمل سابقًا على السائل المزاح سيؤثر الآن على الجسم الصلب الذي أزاحه. وإذا تبين أن قوة الطفو المؤثرة عموديًا إلى الأعلى أكبر من قوة الجاذبية التي تسحب الجسم عموديًا إلى الأسفل، فسوف يطفو الجسم؛ وإلا فإنه سوف يغرق (يغرق). وفي اللغة الحديثة، يطفو الجسم إذا كان متوسط كثافته أقل من كثافة السائل الذي يغطس فيه.
يمكن تفسير مبدأ أرخميدس من حيث النظرية الحركية الجزيئية. في السائل الساكن، ينشأ الضغط نتيجة اصطدام الجزيئات المتحركة. عندما يتم إزاحة حجم معين من السائل بواسطة جسم صلب، فإن الدفع الصاعد لاصطدامات الجزيئات لن يقع على جزيئات السائل التي يزيحها الجسم، بل على الجسم نفسه، وهو ما يفسر الضغط الذي يمارس عليه من الأسفل ويدفعه نحو سطح السائل. إذا كان الجسم مغموراً تماماً في السائل، فإن قوة الطفو سوف تستمر في التأثير عليه، حيث أن الضغط يزداد مع زيادة العمق، ويتعرض الجزء السفلي من الجسم لضغط أكبر من الجزء العلوي، حيث قوة الطفو ينشأ. هذا هو تفسير قوة الطفو على المستوى الجزيئي.
يفسر نمط الدفع هذا سبب بقاء السفينة المصنوعة من الفولاذ، وهو أكثر كثافة من الماء، طافية على قدميه. والحقيقة هي أن حجم الماء الذي تزيحه السفينة يساوي حجم الفولاذ المغمور في الماء بالإضافة إلى حجم الهواء الموجود داخل هيكل السفينة تحت خط الماء. إذا قمنا بحساب متوسط كثافة هيكل الهيكل والهواء بداخله، يتبين لنا أن كثافة السفينة (كجسم مادي) أقل من كثافة الماء، وبالتالي فإن قوة الطفو المؤثرة عليها نتيجة لذلك تبين أن النبضات الصاعدة من تأثير جزيئات الماء أعلى من قوة جاذبية الأرض، مما يسحب السفينة نحو القاع - وتطفو السفينة.
