(อังกฤษ: Archimedes' principle) ตั้งชื่อตามอาร์คิมิดีสแห่งซีราคิวส์ ผู้ค้นพบกฎนี้เป็นคนแรก ซึ่งเป็นกฎเกี่ยวกับแรงลอยตัวและการแทนที่ โดยกล่าวว่า เมื่อนำวัตถุลงไปแทนที่ของเหลวจะมีแรงต้านเท่ากับน้ำหนักของของเหลวปริมาตรเท่าส่วนจม จากหลักการนี้ทำให้เข้าใจในหลักการหลายอย่าง เช่น เรือเหล็กทำไมจึงลอยน้ำ ของเหลวต่างชนิดกันมีความหนาแน่นต่างกัน อาร์คีมีดีสชี้ให้เห็นถึงเรื่องความหนาแน่นและนำมาเทียบกับน้ำเรียกว่าความถ่วงจำเพาะ จากหลักการนี้ทำให้อาร์ดีมีดีสสามารถพิสูจน์มงกุฎทองคำ ที่ช่างทำมงกุฎหลอมสิ่งเจือปนลงไปในเนื้อทอง อาร์คีมีดีสหาวิธีวัดปริมาตรมงกุฎทองคำได้ด้วยการเอาไปแทนที่น้ำ และปล่อยให้น้ำล้นออกมา
แรงลอยตัว (buoyant force) หรือแรงพยุงของของเหลวทุกชนิดเป็นไปตามหลักของ อาร์คิมีดิส (Archimedes' Principle) ซึ่งกล่าวว่า แรงลอยตัวหรือแรงพยุงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุ มีขนาดเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่มีปริมาตรเท่ากับปริมาตรของวัตถุส่วนที่จมอยู่ในของเหลว
ข้อควรจำ
1. " ของเหลวที่ถูกแทนที่" และ "น้ำหนักวัตถุในอากาศ" อาจมีมากกว่า 1 แรงก็ได้ เช่น ภาพที่ 3 (ต้องสังเกตแรงจากรูป)
2. คำว่า "น้ำหนักของวัตถุในอากาศ" หมายถึง น้ำหนักวัตถุทั้งก้อน
3. คำว่า "กด" แปลว่า มีตุ้มน้ำหนักวางทับอยู่ตอนบน
4. คำว่า "ถ่วง" แปลว่า มีตุ้มน้ำหนักดึงอยู่ตอนล่าง และตุ้มน้ำหนักแทนที่น้ำด้วย
5. ถ้าไม่จำเป็น ไม่ควรคิดน้ำหนักวัตถุในของเหลว ให้พิจารณาเป็นน้ำหนักวัตถุ
ในอากาศทั้งหมด
แรงลอยตัว เท่ากับน้ำหนักของเหลวที่มีปริมาตรเท่ากับวัตถุส่วนที่จม (หรือน้ำหนักของเหลวที่ถูกแทนที่)
แบบฝึกหัด
1. เมื่อนำดินน้ำมันก้อนหนึ่งแขวนด้วยเครื่องชั่งสปริง พบว่า อ่านค่าน้ำหนักได้ 5.45 นิวตัน แต่เมื่อนำไปชั่งในน้ำ พบว่า อ่านค่าน้ำหนักบนเครื่องชั่งสปริงได้ 4.20 นิวตัน แรงพยุงที่น้ำกระทำต่อดินน้ำมันมีค่าเท่าไร
วิธีทำ จากสมการ
แรงพยุงของน้ำ = น้ำหนักของวัตถุที่ชั่งในอากาศ – น้ำหนักวัตถุที่ชั่งในน้ำ
แทนค่า แรงพยุงของน้ำ = 5.45 N – 4.20 N
= 1.25 N
เพราะฉะนั้น แรงพยุงที่น้ำกระทำต่อดินน้ำมันมีค่าเท่ากับ 1.25 นิวตัน ตอบ
เหล็กแท่งหนึ่งมีน้ำหนัก 7.84 นิวตัน เมื่อชั่งในอากาศ ถ้านำแท่งเหล็กไปชั่งขณะจมอยู่ในน้ำ เครื่องชั่งอ่านค่าได้ 6.86 นิวตัน จงหาปริมาตรของแท่งเหล็ก (กำหนดให้น้ำมีความหนาแน่นเท่ากับ 1.0 x 103 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร และความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก เท่ากับ 9.8 เมตรต่อวินาทีกำลังสอง)
วิธีทำ แรงพยุงของน้ำ = น้ำหนักของวัตถุที่ชั่งในอากาศ – น้ำหนักวัตถุที่ชั่งในน้ำ
FB = 7.84 N – 6.86 N
FB = 0.98 N
จากสมการ FB = pVg
V = FB
pg
แทนค่า V = 0.98
1000x9.8
= 0.0001 m3
เพราะฉะนั้น ปริมาตรของแท่งเหล็กมีค่าเท่ากับ 1.0 x 10-4 ลูกบาศก์เมตร ตอบ
ก้อนหินก้อนหนึ่งมีมวล 450 กรัม มีความหนาแน่น 9.5 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร แท่งเหล็กนี้จะมีปริมาตรเท่าไร
วิธีทำ จากโจทย์กำหนดให้ m = 450 g , p = 9.5 g/cm3 ต้องการหา V
จากสมการ p = m
V
หรือ V = m
p
แทนค่า V = 450
9.5
= 47.37 cm3
เพราะฉะนั้น ปริมาตรของก้อนหินมีค่าเท่ากับ 47.37 ลูกบาศก์เซนติเมตร
