Έννοια και εφαρμογή του νόμου του Αρχιμήδη

Το όνομα Αρχιμήδης μπορεί να είναι γνωστό στους περισσότερους ανθρώπους, ειδικά σε εσάς που είστε στην 11η τάξη. Ναι, είναι μαθηματικός και εφευρέτης από την Ελλάδα που έζησε μεταξύ 287 π.Χ. - 212 π.Χ. Είναι διάσημος για την ανακάλυψη του νόμου της υδροστατικής ή πιο γνωστός ως νόμος του Αρχιμήδη.

Η προέλευση αυτού του νόμου ήταν απλή. Ξεκινώντας από τη σειρά του Βασιλιά Ιερώνα Β ', ο οποίος ζήτησε από τον Αρχιμήδη να διερευνήσει εάν το χρυσό στέμμα του ήταν αναμεμειγμένο με ασήμι ή όχι. Ακόμα και ο Αρχιμήδης σκέφτηκε σοβαρά αυτό το πρόβλημα και τελικά ένιωσε πολύ κουρασμένος και επέλεξε να ρίξει τον εαυτό του στο δημόσιο λουτρό που ήταν γεμάτο νερό. Εδώ, είδε ότι υπήρχε νερό που χύνεται στο πάτωμα και αμέσως βρήκε την απάντηση. Σηκώθηκε και έτρεξε μέχρι το σπίτι γυμνό. Όταν έφτασε στο σπίτι φώναξε στη σύζυγό του, "Eureka! Εύρηκα! " που σημαίνει "έχω βρει! Βρήκα! " Στη συνέχεια εμφανίστηκε ο νόμος του Αρχιμήδη.

"Εάν ένα αντικείμενο βυθιστεί σε ένα υγρό, θα πάρει μια δύναμη που ονομάζεται πλευστότητα (ανοδική δύναμη) ίση με το βάρος του υγρού που μετατοπίζει."

Αυτός ο νόμος εξηγεί τη σχέση της βαρύτητας και της ανοδικής δύναμης σε ένα αντικείμενο όταν τοποθετείται στο νερό. Όπου λόγω της ανοδικής ανύψωσης (πλευστότητα), τα αντικείμενα στο υγρό θα ζυγίζουν λιγότερο. Έτσι ώστε τα αντικείμενα που ανυψώνονται στο νερό να αισθάνονται ελαφρύτερα από ό, τι ανυψώνονται στην ξηρά.

Στο βάρος ενός αντικειμένου σε νερό δίνεται το σύμβολο Ws, το πραγματικό βάρος του αντικειμένου δίνεται το σύμβολο W, ενώ η ανοδική δύναμη ή πλευστότητα έχει το σύμβολο Fa.

Ws = W-Φα

Και το μέγεθος της πλευστότητας (Fa) διατυπώνεται από:

Fa = ρcair Vb g

Πληροφορίες:

Vb = όγκος βυθισμένου αντικειμένου (m3)

ρcair = πυκνότητα του υγρού (kg / m3)

g = επιτάχυνση λόγω βαρύτητας (m / s2)

Αντικείμενα στο Νόμο του Αρχιμήδη

Όταν ένα αντικείμενο βυθίζεται σε υγρό, υπάρχουν 3 πιθανότητες που θα συμβούν, δηλαδή βύθιση, επιπλέουσα ή πλωτή. Εδώ είναι η εξήγηση.

Βυθισμένο αντικείμενο

Ένα αντικείμενο δηλώνεται βυθισμένο σε υγρό εάν η θέση του αντικειμένου βρίσκεται πάντα στο κάτω μέρος όπου βρίσκεται το υγρό. Αυτή η κατάσταση εμφανίζεται όταν η πυκνότητα του υγρού είναι μικρότερη από την πυκνότητα του αντικειμένου.

Παράδειγμα: Μια πέτρα τοποθετημένη σε νερό

Αιωρούμενα αντικείμενα

Τα αντικείμενα επιπλέουν σε υγρό όταν η θέση του αντικειμένου βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια του υγρού και από πάνω από τη βάση όπου βρίσκεται το υγρό. Αυτή η κατάσταση εμφανίζεται όταν η πυκνότητα του υγρού είναι η ίδια με την πυκνότητα του αντικειμένου.

Παράδειγμα: αυγά όταν τοποθετούνται σε νερό

Αιωρούμενο αντικείμενο

Ένα αντικείμενο επιπλέει σε ένα υγρό όταν η θέση του αντικειμένου εμφανίζεται εν μέρει στην επιφάνεια του υγρού και εν μέρει βυθίζεται στο υγρό. Αυτή η κατάσταση εμφανίζεται όταν η πυκνότητα του υγρού είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα του αντικειμένου.

Παράδειγμα: πλαστικό σε νερό

Ο νόμος του Αρχιμήδη στην καθημερινή ζωή

Υδρόμετρο

Το υδρόμετρο είναι ένα εργαλείο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της πυκνότητας ενός υγρού. Αυτό το εργαλείο έχει τη μορφή σωλήνα που περιέχει έρμα και χώρο αέρα έτσι ώστε να επιπλέει όρθια και να είναι σταθερή ταυτόχρονα. Το υδρόμετρο λειτουργεί σύμφωνα με την αρχή του Αρχιμήδη. Όπου όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα της υδατικής ουσίας, τόσο μικρότερο μέρος του υδρομέτρου θα βυθιστεί. Αυτό το υδρόμετρο χρησιμοποιείται ευρέως για τον προσδιορισμό της ποσότητας νερού σε γάλα, μπύρα ή άλλα ποτά.

Υποβρύχιο

Η εφαρμογή του νόμου του Αρχιμήδη για τα υποβρύχια είναι σχεδόν η ίδια με τη ναυπηγική. Εάν το πλοίο πρόκειται να βουτήξει, τότε το θαλασσινό νερό τοποθετείται στον αποθεματικό χώρο έτσι ώστε να αυξάνει το βάρος του πλοίου. Λοιπόν, η ρύθμιση της ποσότητας του θαλάσσιου νερού που εισάγεται είναι αυτό που κάνει το υποβρύχιο να βουτήξει σε ένα ορισμένο βάθος, όπως επιθυμείται. Για να το επιπλέει, το πλοίο θα απομακρύνει το θαλασσινό νερό από τον αποθεματικό χώρο.

Αερόστατο

Εκτός από τα υδρόμετρα και τα υποβρύχια, η εφαρμογή του Νόμου του Αρχιμήδη ισχύει και για αέρια είδη. Σε αυτήν την περίπτωση, το αερόστατο ζεστού αέρα, το οποίο αιωρείται στον αέρα, γεμίζει με ένα αέριο που έχει πυκνότητα μικρότερη από την πυκνότητα του αέρα στην ατμόσφαιρα.

Αυτόματη βρύση

Όποιος έχει σπίτι αντλία νερού πρέπει να έχει παρατηρήσει ότι υπάρχει δεξαμενή αποθήκευσης που πρέπει να τοποθετηθεί σε ένα ορισμένο ύψος εκεί. Ο στόχος είναι να επιτευχθεί μεγάλη πίεση για την αποστράγγιση νερού. Στη δεξαμενή υπάρχει ένας πλωτήρας που λειτουργεί ως αυτόματη βρύση. Αυτή η βρύση είναι φτιαγμένη για να επιπλέει στο νερό έτσι ώστε να κινείται προς τα πάνω με τη στάθμη του νερού. Όταν το νερό είναι άδειο, ο πλωτήρας θα ανοίξει τη βρύση για να στραγγίσει το νερό. Αντίστροφα, εάν η δεξαμενή είναι γεμάτη, το πλωτήρα θα κλείσει αυτόματα τη βρύση.