Z vlastní zkušenosti víme, že tělesa ponořená ve vodě jsou lehčí než na vzduchu. Ve vodě totiž na těleso působí síla, kterou nazýváme vztlaková síla Fvz a má opačný směr než tíhová síla FG.
Vztlaková a tíhová síla.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Vztlaková síla vzniká jako výslednice hydrostatických sil působících na povrchu tělesa v kapalině v klidu. Uvažujme těleso tvaru kvádru s podstavou o plošném obsahu S a výšce h, které je zcela ponořeno v kapalině o hustotě ρ. Podstavy kvádru jsou rovnoběžné s vodorovným povrchem kapaliny.
Působící hydrostatické tlakové síly – vznik vztlakové síly.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Na všechny stěny kvádru působí kapalina hydrostatickými tlakovými silami. Tlakové síly působící na boční stěny jsou stejně velké a opačného směru, proto se vzájemně ruší. Na horní podstavu v hloubce h1 působí tlaková síla F1 o velikosti F1 = ρSh1g, na dolní podstavu v hloubce h2 tlaková síla F2 o velikosti F2 = ρSh2g. Výslednice sil F1 a F2 je vztlaková síla Fvz o velikosti
vzhledem k tomu, že h = h2 – h1
kde V = Sh je objem kvádru.
Poněvadž ve vztahu Fvz = ρVg představuje součin ρV hmotnost m kapaliny stejného objemu, jako je objem ponořeného tělesa, a součin ρVg = mg tíhu kapaliny o tomto objemu, můžeme říci, že velikost vztlakové síly Fvz se rovná tíze kapaliny o objemu ponořené části tělesa.
K tomuto poznatku dospěl již ve 3. století př. n. l. Archimédes. Podle Vitruvia se o něm vypráví, že dostal za úkol od krále Hierona zjistit, zda zlatníci vyrobili celou korunu z přesně odváženého zlata. Jednou, když se koupal, tak si všiml, že z vany odtéká přesně stejné množství vody, jako je objem ponořené části těla. S výkřikem „HEUREKA, HEUREKA!!!“ (objevil jsem) pádil prý tehdy nahý ulicemi Syrakus, sledovaný udivenými spoluobčany. Jeho poznatky o vztlakové síle dnes shrnujeme pod názvem Archimédův zákon: Těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno vztlakovou sílou, jejíž velikost se rovná tíze kapaliny stejného objemu, jako je objem ponořeného tělesa.
Archimedes.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Pavel Trnka. Under Creative Commons.
Podobně jako v kapalinách jsou tělesa nadlehčována také v plynech. Vzhledem k velmi malé hustotě plynů je vztlaková síla působící na těleso umístěné v plynu mnohem menší než vztlaková síla působící na totéž těleso v kapalině.
