Nguyên lý Archimedes là một luật định cơ bản trong cơ sở chất lỏng, phát biểu rằng: “Một thứ có thể được nhúng hoàn toàn hoặc một phần vào trong chất lỏng sẽ chịu tác dụng của một động lực đưa ra hướng tăng cường về lượng của chất liệu có thể cung cấp đủ.” Lực này được gọi là lực đẩy Archimedes hay lực nổi.
Về mặt toán học, nguyên lý này được biểu diễn bằng công thức: F_đẩy = ρ × V × g , trong đó F_đẩy là lực đẩy Archimedes (đơn vị Newton), ρ (rho) là mật độ của chất tinh khiết (kg/m³), V là chất tích lũy vật liệu có thể chứa dung lượng (m³), và g là trường tốc độ gia tăng (khoảng 9,8 m/s² trên Đất).
Để hiểu rõ bản chất vật lý của lực này, hãy tưởng tượng một khối phương pháp được nhúng hoàn toàn trong nước. Áp dụng hiệu suất của nước hoạt động lên tất cả các mặt của khối cài đặt phương tiện, nhưng áp dụng này tăng dần theo độ sâu. Do đó, hiệu suất ở đáy khối lập phương (ở độ sâu lớn hơn) sẽ cao hơn hiệu suất ở đỉnh cao của nó. Hiệu suất chênh lệch này tạo ra một lực tổng hợp hướng lên và chính là lực đẩy Archimedes.
Một cách giải thích trực quan khác là thay thế tưởng tượng: hãy tưởng tượng ta có thể “tạm dừng” thời gian khi một vật thể chìm trong nước, sau đó thay thế vật thể đó bằng một khối nước có cùng thể tích. Khối nước thay thế này sẽ có thể tích lũy được nhưng khác về khối lượng nên đối với vật thể bị cấm đầu. Tuy nhiên, khối nước này sẽ trải qua cùng một sức mạnh áp dụng từ bên dưới – tức là cùng lực Đưa – như vật thể ban đầu trải qua, bởi vì áp suất nước chỉ phụ thuộc vào độ sâu.
Bây giờ, khối nước thay thế này ở trạng thái an ninh (vì nó là một phần của chất giải khát xung quanh), do đó lực hướng xuống (trọng lượng của nó) phải dùng lực hướng lên (lực đưa). Nhưng lực hướng xuống này chính là khối lượng của khối nước có thể tích lũy với vật thể cấm đầu. Vì vậy, chúng tôi có thể kết luận rằng lực đẩy phải sử dụng lượng chất dư được sử dụng chỗ – và đây chính là bản chất của nguyên lý Archimedes.
Nguyên lý này không chỉ áp dụng cho chất lỏng mà còn cho cả khí. Một vật thể trong không khí cũng có thể chịu được tác dụng của lực Cung cấp khối lượng của không khí mà nó chiếm chỗ. Tuy nhiên, do mật độ của không khí rất nhỏ so với hầu hết các chất rắn và chất lỏng, lực đẩy do không khí gây ra thường rất nhỏ và có thể bỏ qua trong hầu hết các tính toán (sai số thường dưới 0,1%), trừ khi làm việc với các vật thể có độ trung bình rất thấp như bóng bay hoặc bọt.
Một hệ thống quan trọng của nguyên lý Archimedes là nguyên lý nổi: một vật thể sẽ nổi trên bề mặt chất lỏng nếu có động lực thúc đẩy hoạt động lên nó bằng sức mạnh của vật chất chính đó. Điều này có nghĩa là đối với một vật thể đang nổi, khối lượng của chất lỏng được sử dụng bằng độ chính xác với khối lượng của vật thể. Đây là lý do tại sao một con tàu làm bằng thép nặng nền vẫn có thể nổi trên mặt nước: thân tàu được thiết kế rỗng, khiến tàu cung cấp một lượng nước có lượng bằng hoặc lớn hơn lượng của toàn bộ tàu.
Khi một vật có thể được nhúng hoàn toàn trong chất thải, nếu khối lượng của vật lớn hơn chất lượng còn lại được sử dụng chỗ thì vật sẽ chìm xuống đáy. Ngược lại, dù kích thước của vật nhỏ hơn, vật sẽ nổi lên bề mặt. Trường hợp đặc biệt là khi hai lực này bằng nhau, vật thể sẽ ở trạng thái cân bằng trung tính – có thể lơ lửng ở bất kỳ độ sâu nào trong chất dư. Đây là trạng thái mà các tàu đã cố gắng đạt được khi hoạt động dưới nước.
Một khía cạnh thú vị khác là khái niệm về biểu hiện giá trị. Khi một vật thể được nhúng vào chất thải, nó sẽ không nhẹ nhàng hơn khi ở trong không khí. Độ giảm chất lượng thể hiện kiến trúc này chính xác bằng cách cung cấp năng lượng cho Archimedes, hay nói cách khác, bằng cách sử dụng số lượng chất lỏng sẵn có. Điều này giải thích tại sao một viên đá nặng dễ dàng được nâng lên khi ở dưới nước hơn là khi ở trên cạn.
