I fysik er opdrift (udtales /ˈbɔɪ.ənsi/) en kraft på et objekt, der får objektet til at stige eller bevæge sig opad. Det stammer fra det spanske ord for "flyde", boyar. Opdrift skyldes den trykforskel, som væsken eller luften, som genstanden befinder sig i, lægger på genstanden.

Netto opadgående opdriftskraft er lig med størrelsen af den vægt af væske, som kroppen fortrænger. Denne kraft gør det muligt for genstanden at flyde eller i det mindste at virke lettere. Opdriften er vigtig for mange fartøjer som f.eks. både, skibe, balloner og luftskibe.

Archimedes' princip og formel

Grundlæggende beskrives opdrift af Archimedes' princip: et legemes opdrift svarer til vægten af den væske (eller gas), det fortrænger. Matematiske udtrykt kan den opadgående opdriftskraft skrives som

F_b = ρ · V · g

  • F_b: opdriftskraften (i newton, N)
  • ρ: væskens (eller luftens) densitet (kg/m³)
  • V: volumen af fortrængt væske eller gas (m³)
  • g: tyngdeaccelerationen (≈ 9,81 m/s² ved Jordens overflade)

Eksempel: Et legeme, som fortrænger 0,2 m³ vand (ρ ≈ 1000 kg/m³), oplever en opdrift på cirka 1000·0,2·9,81 ≈ 1962 N.

Hvorfor opstår opdrift?

Opdrift opstår fordi trykket i en væske eller gas stiger med dybden. Bunden af et nedsænket objekt udsættes for et større tryk end toppen, og denne forskel i tryk giver en netto kraft rettet opad. Jo større volumen af væske et objekt fortrænger, desto større bliver opdriften.

Flyde, synke eller neutral opdrift

Om et objekt flyder, synker eller svæver neutralt afhænger af forholdet mellem objektets samlede vægt og den opdrift, det modtager:

  • Hvis vægten < opdriften: objektet stiger og flyder.
  • Hvis vægten = opdriften: objektet er neutralt opdriftigt (svæver på stedet).
  • Hvis vægten > opdriften: objektet synker.

Det er ofte nyttigt at sammenligne gennemsnitsdensiteten af objektet med væskens densitet. Et objekt med lavere densitet end væsken vil normalt flyde.

Betydning for skibe, både, ubåde og balloner

Opdrift er afgørende i mange tekniske og praktiske anvendelser:

  • Skibe og både: Designet af skrog sikrer, at et skib fortrænger nok vand til at bære lastens vægt. Lastfordeling, form på skroget og ballastkontrol påvirker, hvor meget af skroget der er nedsænket.
  • Stabilitet: For skibe er relationen mellem tyngdepunktet og opdriftens centrum (center of buoyancy) væsentlig. Metacentric height (GM) bruges til at vurdere skibets rettende moment og hvor godt det modstår krængning.
  • Ubåde: Styrer opdriften ved at fylde eller tømme ballasttanke for at ændre den fortrængte mængde vand — dermed kan ubåden dykke, svæve eller stige.
  • Balloner og luftskibe: Her er mediet luft. Opdriften svarer til vægten af den luft, ballonens volumen fortrænger. Varme luft-balloner eller gasfyldte balloner (f.eks. helium) opnår opdrift ved at gøre ballonen lettere end den fortrængte luft.
  • Redningsudstyr og flydekraver: Udnytter opdrift til at holde mennesker flydende ved at øge voluminet af fortrængt væske uden tilsvarende stor vægt.

Praktiske forhold og begrænsninger

Flere faktorer påvirker opdrift i praksis:

  • Densitetsvariation (fx fersk- vs saltvand, temperatur eller tryk): Saltvand er tættere end ferskvand, så samme objekt oplever større opdrift i havvand.
  • Kompressibilitet: Gasser komprimeres med tryk og temperatur, så opdriften af ballon eller luftfyldt rum ændres med højde og temperatur.
  • Hydrodynamiske kræfter: Når et fartøj bevæger sig, kan dynamisk løft og modstand påvirke opførsel ud over statisk opdrift.
  • Enheder og retning: Opdriften er en kraft målt i newton og virker opad, modsat tyngdekraftens nedadgående kraft.

Opsummering

Opdrift er den opadrettede kraft forårsaget af trykforskelle i et omgivende væske eller gas. Archimedes' princip giver en simpel måde at beregne opdriften på ved at bruge væskens densitet, fortrængt volumen og tyngdeaccelerationen. Forståelse af opdrift er essentiel for design og sikkerhed af skibe, ubåde, balloner og mange andre systemer, hvor kontrol af flydeevne er nødvendig.