מדוע משקלה של אבן פוחת בתוך מים?

מדוע משקלה של אבן פוחת בתוך מים?

שלום לכולם,

יש ניסוי מדעי פופולרי שבו תולים אבן על קפיץ ורואים שיש לה משקל מסויים, ואז טובלים אותה בתוך מים ורואים שמשקלה פוחת.

(מתוך ויקיפדיה: "נניח שמשקל אבן הוא 10 ניוטונים, כאשר הוא נמדד על קפיץ בריק כך שהגרביטציה פועלת בכיוון הקפיץ. כעת נניח שהאבן מוכנסת למים, כך שמסת המים המוחלפים היא 3 ניוטונים. הכוח שפועל כעת על הקפיץ הוא משקל האבן, 10 ניוטונים, פחות כוח הציפה, 3 ניוטונים: 10-3=7. כלומר, ציפה מקטינה את המשקל הנמדד של גופים עליהם היא פועלת").

1. מדוע בעצם זה קורה? לגבי חתיכת קלקר למשל, ברור לי למה היא מנסה לצוף כלפי מעלה כי צפיפותה קטנה מזו של המים, אך מדוע גם אבן מנסה לצוף? הרי צפיפות האבן גדולה בהרבה מזו של המים, אז אם כבר הייתי מצפה שכוח הציפה ידחוף אותה בכיוון ההפוך כלפי מטה, לא? או שכוח הציפה כלל לא קשור ליחס בין צפיפות הגוף השקוע ובין צפיפות הנוזל שעוטף אותו?

או במילים אחרות - האם הציפה תמיד תנסה לדחוף את הגוף ששקוע במים כלפי מעלה, בין אם צפיפותו קטנה מזו של המים, ובין אם צפיפותו גדולה מהם?

2. מדוע בעצם האבן מנסה לצוף דווקא כלפי מעלה ולא כלפי מטה? מה גורם לכוח הציפה לפעול דווקא כלפי מעלה ולא לכיוון אחר?

אשמח מאוד לתשובות,
תודה מראש.
 

Pussy Galore

New member
תאר לך את אלמנט המים שנפחו כנפח האבן, צורתו כצורתה

והוא מצוי במים שקטים. אלמנט זה הוא בעל משקל אך לוּ יכלת לצבעו היית נוכח לדעת כי אינו שוקע לקרקעית אלא נח במקומו חרף משקלו. המסקנה שהיית חייב להסיק היא כי על אלמנט מים זה, בהיותו שרוי במים סביבו, פועל כח עלוי המנטרל את משקלו. סלק כעת את אלמנט המים והצב במקומו את האבן, "מבלי לערער את השקט". על האבן ממשיך לפעול כח עלוי ששעורו ככח העלוי שפעל על אלמנט המים שסולק. כלומר משקל האבן השרויה במים פחת בשעור משקל המים שהיא דוחה עקב נפחה...
 
למעלה