Buoyancy Force

Buoyancy From Wikipedia, the free encyclopedia (Redirected from Bouyancy) Jump to: navigation, search In physics, buoyancy is the upward force on an object produced by the surrounding fluid  (i.e., a liquid or a gas) in which it is fully or partially immersed, due to the pressure  difference of the fluid between the top and bottom of the object. The net upward  buoyancy force is equal to the magnitude of the weight of fluid displaced by the body.  This force enables the object to float or at least to appear lighter. Buoyancy is important  for many vehicles such as boats, ships, balloons, and airships.

 Forces and equilibrium Buoyancy provides an upward force on the object. The magnitude of this force is equal to  the weight of the displaced fluid. (Displacement is the term used for the weight of the  displaced fluid and, thus, is an equivalent term to buoyancy.) The buoyancy of an object  depends, therefore, only upon two factors: the object's volume, and the density of the  surrounding fluid. The greater the object's volume and surrounding density of the fluid,  the more buoyant force it will experience. If the buoyancy of an (unrestrained and  unpowered) object exceeds its weight, it will tend to rise. An object whose weight exceeds  its buoyancy will tend to sink. The atmosphere's density depends upon altitude. As an airship rises in the atmosphere,  therefore, its buoyancy reduces as the density of the surrounding air reduces. The density  of water is essentially constant: as a submarine expels water from its buoyancy tanks (by  pumping them full of air) it rises because its buoyancy stays the same (because the  volume of water it displaces stays the same) while its weight is decreased. As a floating object rises or falls the forces external to it change and, as all objects are  compressible to some extent or another, so will the object's volume. Buoyancy depends  on volume and so an object's buoyancy reduces if it is compressed and increases if it  expands.

If an object's compressibility is less than that of the surrounding fluid, it is in stable  equilibrium and will, indeed, remain at rest, but if its compressibility is greater, its  equilibrium is unstable, and it will rise and expand on the slightest upward perturbation,  or fall and compress on the slightest downward perturbation. The depth of a submarine tends to be unstable. A submarine is more compressible than  the surrounding water. As depth increases, the resulting pressure causes the submarine's  volume to decrease more than the volume of the surrounding water decreases. Buoyancy  depends upon the object's volume and the weight of the displaced fluid. Volume has  decreased so the weight displaced has decreased which means a decrease in buoyancy and  the submarine tends to sink further. A rising submarine expands more than the  surrounding water, the submarine tends to rise further. The height of a balloon tends to be stable. As a balloon rises it will tend to increase in  volume with reducing atmospheric pressure. But the balloon's cargo will not expand. The  average density of the balloon decreases less, therefore, than that of the surrounding air.  The balloon's buoyancy reduces because the weight of the displaced air is reduced. A  rising balloon tends to stop rising. Similarly a sinking balloon tends to stop sinking. The Buoyant Force can be expressed using the following equation:   where  is the density of the fluid  V is the volume of the object submerged  g is the acceleration due to gravity (  9.81 N/kg on Earth). 

[edit] Archimedes' principle

The ancient Greek scientist, Archimedes of Syracuse, first discovered the law of upthrust,  hence it is sometimes called Archimedes' principle: Hiero the second asked Archimedes  if he could find out if the gold crown he has gotten from the goldsmith was pure gold.  Archimedes knew that all he has to do was determine whether the density of the crown  matched the density of gold.Archimedes measured the mass easily with a balance. He  later found out how to get the volume of the crown while in the sauna. A solid can  displace water out of a container. To find the volume all he had to do was measure the  volume that came out of the container when he put the gold crown in. Thus he found out  the goldsmith had tried to cheat the king with a mixture of gold and silver for his crown The upthrust is equal to the weight of the displaced fluid.  The weight of the displaced fluid is directly proportional to the volume of the displaced  fluid (specifically if the surrounding fluid is of uniform density). Thus, among objects  with equal masses, the one with greater volume has greater buoyancy. Suppose a rock's weight is measured as 10 newtons when suspended by a string in a  vacuum. Suppose that when the rock is lowered by the string into water, it displaces water  of weight 3 newtons. The force it then exerts on the string from which it hangs will be 10  newtons minus the 3 newtons of buoyant force: 10 − 3 = 7 newtons. This same principle  even reduces the apparent weight of objects that have sunk completely to the sea floor,  such as the sunken battleship USS     Arizona     at Pearl Harbor, Hawaii. The density of the immersed object relative to the density of the fluid is easily calculated  without measuring any volumes:  

[edit] Density If the weight of an object is less than the weight of the fluid the object would displace if it  were fully submerged, then the object has an average density less than the fluid and has a  buoyancy greater than its weight. If the fluid has a surface, such as water in a lake or the  sea, the object will float at a level so it displaces the same weight of fluid as the weight of  the object. If the object is immersed in the fluid, such as a submerged submarine or a  balloon in the air, it will tend to rise. If the object has exactly the same density as the liquid, then its buoyancy equals its  weight. It will tend neither to sink nor float. An object with a higher average density than the fluid has less buoyancy than weight and  it will sink. A ship floats because although it is made of steel which is more dense than water, it  encloses a volume of air and the resulting shape has an average density less than that of  the water.