مفهوم وتطبيق قانون أرخميدس

قد يكون اسم أرخميدس مألوفًا لمعظم الناس ، وخاصة أولئك الذين هم حاليًا في الصف 11. نعم ، هو عالم رياضيات ومخترع من اليونان عاش بين 287 قبل الميلاد - 212 قبل الميلاد. اشتهر باكتشافه لقانون الهيدروستات أو المعروف باسم قانون أرخميدس.

كان أصل هذا القانون بسيطًا. بدءًا من مرسوم الملك هيرون الثاني ، الذي طلب من أرخميدس التحقق مما إذا كان تاجه الذهبي ممزوجًا بالفضة أم لا. حتى أرخميدس فكر في هذه المشكلة بجدية وشعر في النهاية بالتعب الشديد واختار أن يلقي بنفسه في الحمام العام المليء بالماء. هنا ، رأى أن هناك ماء ينسكب على الأرض ووجد الإجابة على الفور. وقف على قدميه وركض عارياً إلى المنزل. عندما عاد إلى المنزل صرخ في زوجته ، "يوريكا! يوريكا! مما يعني "لقد وجدت! لقد وجدت! " ثم ظهر قانون أرخميدس.

"إذا غمر جسم ما في سائل ، فسيحصل على قوة تسمى الطفو (القوة الصاعدة) تساوي وزن السائل الذي يزيحه."

يشرح هذا القانون العلاقة بين الجاذبية والقوة الصاعدة على جسم ما عند وضعه في الماء. عندما يكون وزن الأشياء الموجودة في السائل أقل بسبب الرفع التصاعدي (الطفو). بحيث تصبح الأشياء التي يتم رفعها في الماء أخف مما كانت عليه عند رفعها على الأرض.

يُعطى وزن الجسم في الماء الرمز Ws ، ويُعطى الوزن الفعلي للكائن الرمز W ، بينما يُعطى الرمز Fa للقوة الصاعدة أو الطفو.

Ws = W-Fa

ويتم صياغة حجم الطفو (Fa) بواسطة:

Fa = ρcair Vb g

معلومات:

Vb = حجم الجسم المغمور (م 3)

ρcair = كثافة السائل (كجم / م 3)

g = تسارع الجاذبية (م / ث 2)

الأشياء في قانون أرخميدس

عندما ينغمس جسم في السائل ، هناك 3 احتمالات تحدث ، وهي الغرق أو الطفو أو الطفو. ها هو التفسير.

كائن مغمور

يتم الإعلان عن غمر الجسم في السائل إذا كان موضع الجسم دائمًا في الأسفل حيث يوجد السائل. يحدث هذا الموقف عندما تكون كثافة السائل أقل من كثافة الجسم.

مثال: حجر يوضع في الماء

كائنات عائمة

تطفو الأشياء في السائل عندما يكون موضع الجسم تحت سطح السائل ومن فوق القاعدة حيث يوجد السائل. يحدث هذا الموقف عندما تكون كثافة السائل مماثلة لكثافة الجسم.

مثال: البيض عند وضعه في الماء

كائن عائم

يطفو الجسم في سائل عندما يظهر موضع الجسم جزئيًا على سطح السائل ومغمورًا جزئيًا في السائل. يحدث هذا الموقف عندما تكون كثافة السائل أكبر من كثافة الجسم.

مثال: وضع البلاستيك في الماء

قانون أرخميدس في الحياة اليومية

مقياس كثافة السوائل

مقياس كثافة السوائل هو أداة تستخدم لقياس كثافة السائل. هذه الأداة على شكل أنبوب يحتوي على صابورة ومساحة هوائية بحيث تطفو في وضع مستقيم وتكون مستقرة على الفور. يعمل مقياس كثافة السوائل وفقًا لمبدأ أرخميدس. كلما زادت كثافة مادة الماء ، سيغرق الجزء الأقل من مقياس كثافة السوائل. يستخدم مقياس كثافة السوائل هذا على نطاق واسع لتحديد كمية محتوى الماء في الحليب أو البيرة أو المشروبات الأخرى.

غواصة

تطبيق قانون أرخميدس على الغواصات عمليا هو نفسه المطبق في بناء السفن. إذا كانت السفينة تنوي الغوص ، يتم وضع مياه البحر في المساحة الاحتياطية بحيث يزيد وزن السفينة. حسنًا ، ترتيب كمية مياه البحر التي يتم إدخالها هو ما يجعل الغواصة تغوص بعمق معين ، حسب الرغبة. لجعلها تطفو ، ستقوم السفينة بإزالة مياه البحر من المساحة الاحتياطية.

منطاد هوائي

بصرف النظر عن أجهزة قياس كثافة السوائل والغواصات ، فإن تطبيق قانون أرخميدس ينطبق أيضًا على الكائنات من النوع الغازي. في هذه الحالة ، يُملأ منطاد الهواء الساخن ، المُعلق في الهواء ، بغاز أقل كثافة من كثافة الهواء في الغلاف الجوي.

صنبور آلي

يجب أن يكون أي شخص في منزله به آلة مضخة مياه قد لاحظ وجود خزان تخزين يجب وضعه على ارتفاع معين هناك. الهدف هو الحصول على ضغط كبير لتدفق المياه. يوجد في الخزان عوامة تعمل كصنبور تلقائي. صُنع هذا الصنبور ليطفو في الماء بحيث يرتفع مع مستوى الماء. عندما يكون الماء فارغًا ، تفتح العوامة الصنبور لتصريف المياه. والعكس صحيح ، إذا كان الخزان ممتلئًا ، فسيغلق العوامة الصنبور تلقائيًا.