dag Henk,

Ik zal je eerlijk zeggen dat ik geen kant-en-klaar antwoord heb. Dit zijn in ieder geval heerlijke situaties om intuïties te foppen, en daarmee kan dit een hele lange discussie worden. 


Dat gebrek aan "grip" een gebrek aan drijfvermogen zou veroorzaken is naar mijn mening niét zo. Ieder systeem gaat op zoek naar een toestand van minimale potentiële energie, en daaraan is in deze situatie niet voldaan.

Maar, als die stop uit je eerste afbeelding (of tweede zelfs) omhoog moet komen zal er in eerste instantie alleen maar méér water omhoog moeten (het systeem als geheel zal potentiële energie erbij moeten krijgen). Het systeem moet over over een energieberg heen voordat het eht dal in kan rollen.

Zoals ik dat zie:

 

Hoogte bovenkant stop gemeten vanaf bodem bak. 

De stop bevindt zich nu in positie dus energietoestand A. 
Stijgend komt er aleen maar meer lucht onder water en dus meer water omhoog, totdat de bodem van de stop gelijk ligt emt de bodem van de bak.
We nemen even aan dat ondanks dat de stop uit het gat komt er geen water de bak verlaat.  Dan moet na B doordat er lucht omhoog gaat en water daalt de potentiële energie lineair afnemen, totdat ergens bij C de bovenkant van de stop door het wateroppervlak breekt.

Zondagochtendgedachte: de stop zal naar buiten (=beneden) gedrukt worden zodat de energietoestand zich van A richting de oorsprong (bovenkant stop gelijk met bodem bak) begeeft.

Totdat er iemand met een paar waterdichte redeneringen komt zijn we hier nog wel even mee bezig. 

Groet, Jan

-Ten eerste: De wet van Archimedes bepaald het drijfvermogen aan de hand van o.a. verplaatst water. Als deze buis stijgt (omhoog gaat) verplaatst het geen water omdat er geen ruimte onder het object vrijkomt waar water naartoe verplaatst kan worden (water kan geen grip krijgen op het object). Ondanks het dichtheidsverschil water/lucht kan dit object in de huidige setting dus geen drijfvermogen krijgen, of toch wel?


In elk geval is dit niet waar. Als de buis stijgt (aannemend dat ie nog steeds onder uit het vat steekt) dan neemt het volumedeel van de buis in het water toe, en (volgens Archimedes' Eureka moment) moet het water hiervoor wijken en zal het vat tot een hogere rand gevuld zijn. Zolang de buis "klem" zit in het gat zal het inderdaad niet stijgen. Aangezien de druk onderaan de buis wel groter is dan bovenop, zou enige stijgkracht te verwachten zijn, ware het niet dat alle krachten alleen langs de zijkant gericht zijn en tegenliggende krachten elkaar opheffen. Er is namelijk geen kracht onderop (die groter kan zijn dan bovenop en "dus" laat stijgen).

En wat de krachten betreft: zie onder. De normaalkracht is de som van het gewicht F_z en de druk van het water F_w maar hieraan tegengesteld. Bij de zijwaartse krachten kun je een heleboel gelijk grote pijltjes links en rechts denken: die heb ik tot een "resultante" kracht getekend, toevallig (?) in de hals.

De buis wordt ingeklemd, dus zijn gewicht wordt door een normaalkracht opgeheven. Deze wordt geleverd door twee schuine krachten die vectorieel opgeteld de normaalkracht leveren. De horizontale componenten heffen elkaar op. Om allerlei pijlen niet over elkaar te tekenen heb ik deze krachten ernaast getekend. Ze zullen niet veranderen zolang de buis klem zit in de bodem.


De beide F_vat klemkrachten zijn getekend waarbij de rechter schuine pijl bij de linkerkant van het "gat" hoort en de linker pijl bij de rechterkant. De krachten klemmen immers, trekken het gat niet open.

-Stel dat ik er een ballon gevuld met lucht aan de buis vastmaak, hoeveel drijfvermogen moet deze ballon hebben om deze buis in een neutrale stand te krijgen (dat hij op de plek blijft waar die nu zit).
-Is het daarnaast mogelijk om de buis drijfvermogen te geven door er stukken uit te halen, zoals in deze afbeelding?

Hoe moet ik me de ballon voorstellen? In de lucht (helium gevuld?) omhoogtrekkend aan de staaf beneden? Dan moet de opwaartse kracht van de ballon voldoende zijn om de buis los te trekken (loopt meteen het water weg...).  Een ballonnetje in water (gevuld met iets wat lichter is dan water?) Dan geldt hetzelfde principe. 
In beide gevallen geldt dat dichtheid gas x volume in de ballon (veel) kleiner moet zijn dan dichtheid lucht (of water) x volume van ballon.

Stukjes uit de buis halen betekent een kleiner volume van de buis, minder verplaatsing van de vloeistof waarin het zit, potentieel minder opwaartse kracht. Maar zolang de buis klem zit speelt dat niet. Eerst moet die klemkracht worden overwonnen en de buis losgetrokken. Zolang die klem zit is er geen opwaartse kracht die de buis "van onderen" opduwt want de onderkant zit niet in het water.

Ik zou de situatie graag beschouwen alsof die buis wrijvingsloos verticaal door dat gat kan bewegen. Anders krijgen we dit verhaal naar mijn mening nooit zuiver. 

Bedankt voor de snelle reacties, leuk om te zien. Om het misschien nog iets moeilijker of juist meer inzichtelijk te maken: 

Stel je eens voor dat de staaf langer is, en precies tot de oppervlakte van het water komt. Mocht de staaf stijgen dan zal er dus geen water opgetild hoeven worden. Heeft deze staaf dan ook drijfvermogen (wet van Archimedes)? Want er wordt nog steeds geen water verplaatst :)

dan zie ik dit energieplaatje:



waarbij de staaf zich juist in positie B bevindt, en verder stijgen niks verandert aan de potentiële energie totdat bij D de onderkant van de staaf gelijk komt met de bodem van de bak. 
Als we de staaf zelf massaloos veronderstellen, en een wrijvingsloze situatie tussen staaf en gatrand, dan moet de staaf in positie B nét blijven hangen 

Als de buis blijft hangen, dan is de wet van Archimedes dus niet van toepassing in deze situatie. De hoeveelheid lucht in de bus met het omringende water is qua drijfvermogen dus helemaal niet in verhouding met elkaar. Stel je voor dat we het gat dichtmaken en de buis iets omhoog lichten zodat er water onder de buis komt. In dat geval zal de buis omhoog schieten omdat het dan wel water kan verplaatsen en veel drijfvermogen krijgt, toch?
Daarom vraag ik mij ook af wat het gevolg is voor het drijfvermogen (zie afbeelding 2) als je er stukken uit haalt, hierdoor kan het water zich wel verplaatsen bij een opgaande beweging en boots je de situatie na die ik net besproken heb, om het nog inzichtelijker te maken: Stel je voor dat bij afbeelding 2 het middenstuk een touwtje wordt, in dat geval zal de buis wel gaan drijven toch? (Of zal het drijfvermogen niet voldoende zijn om de krachten van het gewicht van het water/druk die op de bovenkant van de buis drukken, op te heffen?)

Als je er stukken uithaalt maakt dat voor het drijfvermogen niets uit.
Het volume neemt af en daarmee ook het gewicht. Het verplaatste volume neemt met hetzelfde af en dus neemt ook de opwaartse kracht met hetzelfde af. Maakt geen verschil.  Een lucifer drijft even goed/slecht als de boom waarvan die gemaakt is.

Want stel je hebt een binnenband van een fiets en die pomp je op, vervolgens stel je die op dezelfde manier op als de eerste afbeelding: Dan gaat de cirkel (band) ook niet ronddraaien, hoe verklaar je dat?

Ik snap de vergelijking niet. De buis blaas je niet op. Die blijft hetzelfde.
Als je er stukken uithaalt dan wordt het volume minder (de band loopt deels leeg?). Drijfvermogen verandert geen spat.

Ik denk dat Henk bedoelt dat als je het oppervlakte groter maakt boven de vernauwing dat er dan meer water ''onder'' omhoog kan drukken waardoor de buis omhoog schiet.

Als dit niet jou gedachte is dan moet je het nog maar even uitleggen ;).

Gegroet,

Porleif Jarlskall

dat denk ik ook, maar dat helpt niet, omdat er zo ook meer oppervlakte komt waarop het water omlaag kan drukken:



groet, Jan

Klopt het ook als ik zeg dat als alleen het bovenste deel een groter oppervlak krijgt dat dan nog de buis niet wil drijven vanwege de opheffing van krachten zowel omlaag op het oppervlak als omhoog?

Gegroet,

Porleif

Dat is inderdaad een interessante vraag die ik mijzelf ook al stelde: Welke rol speelt drijfvermogen hierin? Het scenario die jij schetst is 1 + 1 -2 =0
Maar drijfvermogen is ook een positief getal, dan zou je op een gegeven moment een positief getal krijgen waardoor het wel zou werken, toch?

drijfvermogen is geen kwestie van vorm, slechts een kwestie van verschil in ρ·V tussen voorwerp en verplaatste vloeistof