Kelluttavuuden

Kelluttavuus on kappaleen kyky kellua nesteessä, kaasussa tai muussa fluidissa. Kelluttavuuden perusta on Archimeden periaate: kappale kokee nosteen, joka on yhtä suuri kuin syrjäyttämän fluidin paino. Noste vaikuttaa kappaleen painoon nähden, ja lopullinen käyttäytyminen riippuu kappaleen tiheydestä suhteessa ympäröivän fluidin tiheyteen.

Jos kappaleen tiheys ρ_k on pienempi kuin fluidin tiheys ρ_f, kappale kelluu. Jos ρ_k > ρ_f, kappale uppoaa. Jos ρ_k = ρ_f, kappale on neutraalisti kelluva. Kun kappale kelluu osittain, veden alle jäävän tilavuuden osuus koko tilavuudesta on noin ρ_k / ρ_f.

Esimerkkejä: veden tiheys on noin 1000 kg/m^3. Puun tiheys, noin 600 kg/m^3, johtaa siihen, että noin 60 prosenttia kappaleen tilavuudesta on veden yläpuolella ja noin 40 prosenttia veden alla. Metallit, joiden tiheydet ovat huomattavasti korkeampia kuin veden tiheys, uppoavat ilman tilavuusvaihteluita yleensä kokonaan.

Sovellukset: Kelluttavuus on keskeinen tekijä laivojen ja kelluvien rakenteiden suunnittelussa, sillä sen avulla voidaan määrittää, kuinka paljon vettä on syrjäytettävä ja millainen kokonaispaino voidaan kantaa. Sukellusveneet ja ballastijärjestelmät sekä ilmapallot ja ilmakehässä toimivat kelluttavuuden varassa. Pintajännitys voi vaikuttaa kevyiden kappaleiden kelluvuuteen pienessä mittakaavassa, mutta pääasiassa kelluttavuus määräytyy tiheyden ja tilavuuden perusteella.

Historia: Kelluttavuuden periaate on tunnistettu muinaisessa Kreikassa; Archimedes kehitti sen laajasti ja antoi periaatteelle sen nimen.