Почему жидкость давит на погруженное тело снизу вверх

Жидкость давит на погруженное тело со всех сторон нормально к поверхности.

Для наглядности рассмотрим погруженный куб со стороной а.  

Силы, с которыми жидкость давит на боковые грани уравновешивают друг друга.

Давления на уровне верхней и нижней грани:

P_в = ρgh,

P_н = ρg(h + а),

где ρ — плотность жидкости,

g — ускорение свободного падения,

h — глубина погружения верхней грани.

На верхнюю грань  действует сила F_в = P_вS = ρgha² (вниз),  на нижнюю сила F_н = P_нS = ρg(h + а)a² (вверх).

Результат: выталкивающая сила направлена вверх F = F_н – F_в =  ρg(h + а)a² - ρgha² = ρga³ =  ρgV (V – объем куба).    

Величина силы, действующей на погруженное в жидкость тело в гравитационном поле планеты, определяется такими параметрами:

1. силой тяжести, действующей на тело со стороны планеты;
2. разностью сил, давящих на верхнюю и нижнюю грани тела, связанной с разностью гидростатического давления в жидкости на разных глубинах;
3. величиной равнодействующей этих двух сил, определяющей направление движения тела: всплытие его или погружение. 

Для того, чтобы было легче рассчитать выталкивающую силу и чтобы понять, почему жидкость давит на погруженное тело снизу вверх, поместим в жидкость плотностью ρ тело в форме параллелепипеда. Верхняя грань параллелепипеда находится на некоторой глубине h₁, а нижняя грань – на глубине h₂, причём h₁ < h₂.

Мы знаем, что погружаясь в жидкость или газ, любое тело испытывает увеличение давления. Это связано с тем, что вследствие земного тяготения, верхний слой своим весом давит на тот, что пониже, они вместе давят на слой, расположенный ещё ниже и так далее. На дне водного или воздушного океана давление самое высокое, по сравнению с вышерасположенными слоями. Значит, на уровне нижней грани параллелепипеда давление жидкости будет выше р₂ = ρ ∙ g ∙ h₂, чем на уровне верхней грани р₁ = ρ ∙ g ∙ h₁, где коэффициент g = 9,8 м/с². Тогда сила, давящая на нижнюю грань будет F₂ = р₂ ∙ S₂, или F₂ = ρ ∙ g ∙ h₂ ∙ S₂, а сила, давящая на верхнюю грань будет F₁ = р₁ ∙ S₁ или F₁ = ρ ∙ g ∙ h₁ ∙ S₁. Так как у параллелепипеда верхняя и нижняя грани одинаковые, то есть S₁ = S₂ = S и силы будут: F₂ = ρ ∙ g ∙ h₂ ∙ S и F₁ = ρ ∙ g ∙ h₁ ∙ S, тогда F₁< F₂. Эта разность сил создаёт выталкивающую силу, которую обнаружил и рассчитал древнегреческий учёный Архимед. 

На все тела, погруженные в жидкость, давит сила снизу вверх. Почему же некоторые тела тонут? Это объясняется тем, какая сила оказывается большей: сила притяжения к земле или выталкивающая сила. Сила тяжести связана с плотностью тела. Если средняя плотность тела больше плотности воды – оно потонет, если меньше, то всплывёт. Ну, а если равно, то тело будет плавать, находясь внутри жидкости.