Hydrostatica: de krachten tekenen.

Eén van de examenvragen tijdens het ingangsexamen van augustus 2015 ging over hydrostatica. De vraag ging als volgt:

“Een blokje koper ligt bovenop een blokje hout (massa \(m_{hout} = 0,60 kg\) ; dichtheid \(\rho_{hout} = 0,60 \cdot 10^{3} \frac{kg}{m^{3}}\) ). Het blokje hout drijft in water. Als de bovenkant van het blokje hout zich net aan het wateroppervlak bevindt, hoeveel is dan de massa van het blokje koper? “

blokje-water-hout-koper

Bij een vraag over hydrostatica komt het er op aan om een juist krachtenevenwicht te tekenen.

Er zijn hier twee verschillende soorten krachten werkzaam, de archimedeskracht en de zwaartekracht.

De archimedeskracht

De archimedeskracht is de kracht ten gevolge van het verplaatste water. Het blokje heeft een plekje in het water ingenomen en het water wilt als het ware het blokje uit de weg duwen om zo terug zijn oorspronkelijke plaats te kunnen innemen. De archimedeskracht staat naar boven.

De zwaartekracht

Naast de archimedeskracht werkt ook de zwaartekracht op het blokje. Enerzijds de zwaartekracht van het houten blokje zelf, anderzijds de zwaartekracht van het koperen blokje. Deze zorgen er beiden voor dat het blokje onder het water blijft.

Een juiste weergave van deze krachten kan je terugvinden op onderstaande tekening.

blokje-water-hout-koper-oplossing

Op basis hiervan kan de krachtenvergelijking opgesteld worden en rest er enkel nog rekenwerk.

Een volledige uitwerking van deze oefening kan je terugvinden bij de oefeningen van 2015.