Ikdienas pieredze mums parāda, ka ķermeņi šķidrumā kļūst vieglāki — tie zaudē daļu sava svara. Mēģināsim saprast, kāpēc tas tā notiek, izmantojot zināšanas par spiedienu šķidrumos (hidrostatisko spiedienu) un spiediena spēku — spēku, kas darbojas uz visu ķermeņa virsmu.
Tā kā augšējie šķidruma slāņi smaguma spēka iedarbībā spiež uz apakšējiem, tad, jo dziļāk atrodamies šķidrumā, jo lielāks tur ir šķidruma radītais spiediens. Tā vērtību aprēķina pēc formulas , kur
- šķidruma blīvums,
- atrašanās dziļums,
- brīvās krišanas paātrinājums.
Spiediena spēku var aprēķināt, zinot spiedienu un virsmas laukumu , uz kuru šis spiediens darbojas:
Taisnstūra paralēlskaldni iegremdēsim šķidrumā!
Šķidrums radīs spiediena spēku uz visām ķermeņa skaldnēm. Uz pretējām sānu skaldnēm radītie spiediena spēki viens otru kompensēs. Citādi ir ar augšējo un apakšējo skaldni. Uz apakšējo skaldni radītais spiediena spēks ir vērsts uz augšu un aprēķināms pēc sakarības:
Uz augšējo skaldni radītais spiediena spēks vērsts uz leju un aprēķināms pēc formulas:
, kur ir augšējās un apakšējās skaldnes laukums.
Tā kā , tad arī , un parādās nekompensēts spēks, kas vērsts augšup.
Šo rezultējošo, nekompensēto spiediena spēku sauc par Arhimēda spēku.
Ja ķermenis nav pilnībā iegremdēts šķidrumā, tad formulā lietojam tikai ķermeņa šķidrumā iegrimušās daļas tilpumu.
Reizinājums dod ķermeņa izspiestā šķidruma masu . Savukārt masas reizinājums ar dod izspiestā šķidruma smaguma spēku, un mēs nonākam pie Arhimēda likuma formulējuma.
Uz šķidrumā vai gāzē iegremdētu ķermeni darbojas vertikāli augšup vērsts spēks, kas skaitliski vienāds ar ķermeņa izspiestā šķidruma vai gāzes smaguma spēku:
Svarīgi!
1. Arhimēda spēks darbojas arī gāzēs. Tomēr gaisa blīvums ir gandrīz 1000 reižu mazāks par ūdens blīvumu un atbilstošais gaisa radītais Arhimēda spēks arī ir 1000 reižu mazāks nekā ūdenī. Šo niecīgo cēlējspēku parasti neievērojam. Tas kļūst nozīmīgs gaisa balonu un dirižabļu lidojumos.
2. Bezsvara stāvoklī Arhimēda spēks nedarbojas, jo šķidrumam bezsvara stāvoklī spiediens visos punktos ir vienāds.