Noste
Noste on fluidin kappaleeseen kohdistama ylöspäin suuntautuva resultanttivoima. Se syntyy siitä, että paine on kappaleen alaosassa suurempi kuin yläosassa. Arkhimedeen periaatteen mukaan noste on syrjäytetyn fluidin painon suuruinen.
Arkhimedeen periaate
F_A=ρ_fluid gV_syrjäytetty. Voima riippuu syrjäytetyn fluidin tilavuudesta ja tiheydestä, ei suoraan kappaleen omasta materiaalista.
Kelluminen
Kelluvassa tasapainossa F_A=mg. Kappale uppoaa juuri niin syvälle, että syrjäytetyn fluidin paino vastaa kappaleen kokonaispainoa.
Teräslaiva
Massiivinen teräs on vettä tiheämpää, mutta laivan ontto muoto tekee koko laivan keskimääräisestä tiheydestä pienemmän. Suuri ulkotilavuus syrjäyttää tarpeeksi vettä.
Uppoaminen
Jos kappaleen paino on suurempi kuin suurin mahdollinen noste sen ollessa kokonaan fluidissa, se kiihtyy alaspäin. Neutraalissa nosteessa paino ja noste ovat yhtä suuret myös täysin upoksissa.
Sukellusvene
Ballastitankkien avulla sukellusvene muuttaa kokonaismassaansa ja keskimääräistä tiheyttään. Veden ottaminen kasvattaa painoa, ilman käyttäminen veden poistamiseen pienentää sitä.
Kaasun noste
Periaate toimii myös ilmassa. Kuumailmapallo syrjäyttää ympäröivää ilmaa; lämmitetty sisäilma on harvempaa, jolloin kokonaispaino voi jäädä syrjäytetyn ilman painoa pienemmäksi.
Stabiilisuus
Kelluvan kappaleen kaatumisstabiilisuus riippuu painopisteen ja nosteen vaikutuspisteen geometriasta. Pelkkä F_A=mg ei kerro, palaako kallistunut laiva pystyasentoon.
Näennäinen paino
Nesteeseen upotetun kappaleen vaa’alla havaittu tukivoima voi pienentyä nosteen verran. Jos kappale roikkuu jousivaa’asta, T=mg−F_A tasapainossa. Tätä voidaan käyttää kappaleen tilavuuden tai tiheyden mittaamiseen.
Tiheyden mittaus
Hydrometri kelluu syvemmällä harvemmassa ja vähemmän syvällä tiheämmässä nesteessä. Varren asteikko muuttaa kellumissyvyyden suoraan tiheyslukemaksi Archimedeen periaatteen avulla.
Ilmakupla syvyydessä
Kaasukuplan tilavuus pienenee syvemmällä paineen kasvaessa, jos lämpötila on likimain vakio. Pienempi V vähentää nostetta. Noustessaan kupla laajenee, joten noste voi kasvaa ja nousu kiihtyä.
Kappaleen muoto
Noste määräytyy syrjäytetystä tilavuudesta, mutta muoto vaikuttaa siihen, kuinka suuri tilavuus on upoksissa ennen tasapainoa ja missä nosteen resultantti vaikuttaa. Siksi kaksi samanmassaista kappaletta voi kellua eri syvyydellä, jos niiden ulkoinen tilavuus ja massan jakautuminen ovat erilaiset.
Harjoitus
Kappale kelluu niin, että 60 % tilavuudesta on veden alla. Mikä on sen keskimääräinen tiheys suhteessa veteen?
Ratkaisu
Tasapainossa ρ_kappale/ρ_vesi=0,60.