اصل ارشمیدس به زبان ساده

[Regina]

وقتی از یک وان یا استخر آب گرم خارج می‌شوید، احتمالاً به طور عجیبی در دستان خود احساس سنگینی می‌کنید. دلیل این حس سنگینی این است که دیگر نیروی شناوری در آب وجود ندارد. این نیروی شناوری از کجا می‌آید؟ چرا بعضی اجسام می‌توانند شناور باشند و برخی دیگر نه؟ آیا به بدن ما هم نیروی شناوری از طرف هوا وارد می‌شود یا فقط بادکنک‌های هلیومی این امتیاز را دارند؟ پاسخ همه این‌ها اصلی به نام «اصل ارشمیدس» (Archimedes’ Principle) است که در این مطلب به آن می‌پردازیم.

فهرست مطالب این نوشته:
1. نیروی شناوری و اصل ارشمیدس
2. مثالی از اصل ارشمیدس
3. چگالی و اصل ارشمیدس

پاسخ پرسش‌های بالا و بسیاری پرسش‌های دیگر در این حقیقت نهفته است که فشار با افزایش عمق در سیال زیاد...

لطفا برای مشاهده کامل مطالب در انجمن ثبت نام کنید.

 

[Regina]

نیروی شناوری و اصل ارشمیدس
«نیروی شناوری» (Buoyant Force) نیروی خالص رو به بالا در تمام سیالات است که برای تمام اجسام داخل آن‌ها وجود دارد.

شکل ۱: فشار ناشی از وزن سیال، طیبق رابطه P=hρgP=hρg با زیاد شدن عمق افزایش می‌یابد. این فشار و نیروی رو به بالا در کف سیلندر از نیروی رو به پایین در بالای آن بیشتر است و اختلاف آن‌ها همان...

لطفا برای مشاهده کامل مطالب در انجمن ثبت نام کنید.

 

[Regina]

مثالی از اصل ارشمیدس
(الف) نیروی شناوری ۱۰۰۰۰ تن فولاد را حساب کنید، به طوری که کاملاً در آب شناور باشد و سپس این نیرو را با وزن فولاد مقایسه کنید.

(ب) در حالتی که فولاد به شکل قایق درآمده باشد و بتواند صدهزار مترمکعب آب را جایگزین کند، بیشیه‌ نیروی شناوری که آب می‌تواند به این فولاد وارد کند چقدر است؟

حل (الف): برای پیدا کردن نیروی شناوری باید وزن آب جایگزین را بیابیم. این کار را با استفاده از چگالی آب و فولاد انجام می‌دهیم. باید توجه داشته باشیم از آنجا که فولاد به طور کامل شناور شده است، تمام حجم فولاد با حجم آب جایگزین برابر است. بنابراین وقتی که حجم آب را بفهمیم می‌توانیم جرم و وزن آن را نیز حساب کنیم.

ابتدا از تعریف چگالیρ=m/V استفاده می‌کنیم تا...

لطفا برای مشاهده کامل مطالب در انجمن ثبت نام کنید.

 

[Regina]

چگالی و اصل ارشمیدس
چگالی نقش کلیدی و مهمی در اصل ارشمیدس دارد. چگالی میانگین یک جسم، چیزی است که مشخص می‌کند آیا جسم شناور می‌شود یا نه. اگر چگالی آن کمتر از چگالی سیال اطرافش باشد شناور می‌ماند. دلیل این مسئله را به آسانی می‌توان این‌طور بیان کرد که سیال جابجا شده به اندازه‌ حجم جسم جرم بیشتری دارد و بنابراین نیروی شناوری که از این طریق به جسم وارد می‌شود، بزرگ‌تر از وزن جسم بوده و باعث شناوری آن می‌شود. با همین استدلال، اگر جسم چگال‌تر از سیال باشد غرق می‌شود.

وسعت سطحی که یک جسم در آن غوطه‌ور می‌شود، به این بستگی دارد که که چگالی جسم چگونه با چگالی و سطح سیال مرتبط می‌شود. برای مثال، در شکل زیر کشتی بارگیری شده نسبت به کشتی بدون بار چگالی بیشتری دارد و...

لطفا برای مشاهده کامل مطالب در انجمن ثبت نام کنید.

 

[Regina]

مثال‌های زیادی برای شناوری اجسام سبک در سیالات چگال‌تر وجود دارد، مثل شناور ماندن روغن روی آب، یک بادکنک با هوای گرم، یک کوه یخ شناور و… .

یکی از تکنیک‌های مرسوم برای مشخص کردن چگالی در شکل زیر نشان داده شده است. وزن یک جسم (در اینجا، یک سکه) در هوا اندازه گرفته می‌شود و سپس در حالی که در سیال غوطه‌ور است، نیز وزن آن را اندازه می‌گیریم. چگالی سکه از این طریق و به واسطه‌ مشخص بودن چگالی سیال قابل محاسبه است. به همین ترتیب، اگر چگالی سکه مشخص باشد می‌توان چگالی سیال را مشخص کرد. تمام این محسبات بر پایه اصل ارشمیدس هستند.

[IMG alt="(الف) سکه در هوا وزن می‌شود. (ب) وزن ظاهری سکه در حالی تعیین می‌شود که کاملاً در مایع با چگالی معلوم فرو...

لطفا برای مشاهده کامل مطالب در انجمن ثبت نام کنید.