Arşimet Yasası, bir sıvıya tamamen veya kısmen daldırılmış bir cismin hareketsiz olduğunu belirten bir fiziksel ilkedir ve bu kuvvetin büyüklüğü, sıvının ağırlığına eşit olan, dikey olarak yönlendirilmiş bir kuvvettir. bu vücut. Bu kuvvete hidrostatik veya Arşimet denir. Fizikteki herhangi bir kuvvet gibi, Newton ile ölçülür.
Yunan bilim adamı Arşimet
Arşimet, babası Phidias, zamanının büyük bir astronomu olduğu için bilimle ilişkili bir ailede büyüdü. Erken çocukluktan itibaren Arşimet bilimlere ilgi göstermeye başladı. İskenderiye'de okudu ve burada Cyrene'li Eratosthenes ile arkadaş oldu. Onunla birlikte, Arşimet ilk önce dünyanın çevresini ölçtü. Eratosthenes'in etkisiyle genç Arşimet de astronomiye ilgi duymaya başladı.
Memleketi Syracuse'a döndükten sonra, bilim adamı matematik, fizik, geometri, mekanik, optik ve astronomi çalışmalarına büyük miktarda zaman ayırıyor. Tüm bu bilim alanlarında, Arşimet, anlaşılması zor olan çeşitli keşifler yaptı.modern eğitimli insan.
Arşimet yasasını keşfeder
Tarihi bilgilere göre Arşimet yasasını ilginç bir şekilde keşfetmiş. Vitruvius yazılarında Syracusa tiranı II. Hieron'un zanaatkarlardan birine kendisine altın bir taç dökmesi talimatını verdiğini anlatır. Taç hazır olduktan sonra, efendinin onu aldatıp aldatmadığını ve metallerin kralından daha düşük yoğunluğa sahip olan altına daha ucuz gümüş eklenip eklenmediğini kontrol etmeye karar verdi. Arşimet'ten bu sorunu çözmesini istedi. Bilim adamının tacın bütünlüğünü ihlal etmesine izin verilmedi.
Arşimet banyo yaparken içindeki su seviyesinin yükseldiğini fark etti. Bu etkiyi, bilgisinin yanı sıra tacın kütlesinin nesnenin yoğunluğunu hesaplamasına izin veren tacın hacmini hesaplamak için kullanmaya karar verdi. Bu keşif Arşimet'i çok etkiledi. Vitruvius durumunu şöyle tanımladı: Sokakta tamamen çıplak koştu ve eski Yunancadan "Buldum!" olarak çevrilen "Eureka!" Diye bağırdı. Sonuç olarak, tacın yoğunluğunun saf altından daha az olduğu ortaya çıktı ve usta idam edildi.
Arşimet, keşfettiği yasayı ilk kez ayrıntılı olarak anlattığı "Yüzen Cisimler Üzerine" adlı bir eser yarattı. Bilim insanının kendisinin yaptığı Arşimet yasasının formülasyonunun pratikte değişmediğine dikkat edin.
Sıvının geri kalanıyla dengede olan sıvının hacmi
Okulda 7. sınıfta Arşimet yasasını incelemeye başlarlar. Bu yasanın anlamını anlamak için, önce hareket eden kuvvetleri dikkate almalıyız.sıvının geri kalanının kalınlığında dengede olan belirli bir sıvı hacmi.
Değerlendirilen sıvı hacminin herhangi bir yüzeyine etki eden kuvvet pdS'ye eşittir, burada p sadece derinliğe bağlı olan basınçtır, dS bu yüzeyin alanıdır.
Seçilen sıvı hacmi dengede olduğundan, bu hacmin yüzeyine etkiyen ve basınçla ilişkili ortaya çıkan kuvvetin bu sıvı hacminin ağırlığı ile dengelenmesi gerektiği anlamına gelir. Bu ortaya çıkan kuvvete kaldırma kuvveti denir. Uygulama noktası bu sıvı hacminin ağırlık merkezindedir.
Bir sıvıdaki basınç p=rogh formülüyle hesaplandığından, burada ro sıvının yoğunluğudur, g serbest düşüş ivmesidir, h derinliktir, göz önünde bulundurulan denge sıvının hacmi şu denklemle belirlenir: vücut ağırlığı=rog V, burada V, sıvının dikkate alınan kısmının hacmidir.
Sıvıyı katıyla değiştirme
7. sınıf fizikteki Arşimet yasasını daha da göz önünde bulundurarak, sıvının dikkate alınan hacmini kalınlığından çıkaracağız ve boş alana aynı hacimde ve aynı şekilde katı bir cisim yerleştireceğiz.
Bu durumda, yalnızca sıvının yoğunluğuna ve hacmine bağlı olan ortaya çıkan kaldırma kuvveti aynı kalacaktır. Vücudun ağırlığı ve ağırlık merkezi genellikle değişecektir. Sonuç olarak, vücuda başlangıçta iki kuvvet etki eder:
- İtme kuvveti rogV.
- Vücut ağırlığı mg.
En basit durumda, eğer vücut homojen ise, o zaman ağırlık merkezi ile çakışır.itme kuvvetinin uygulama noktası.
Arşimet yasasının doğası ve tamamen sıvıya batırılmış bir vücut için bir çözüm örneği
m kütleli homojen bir cismin yoğunluğu ro olan bir sıvıya daldırıldığını varsayalım. Bu durumda gövde, taban alanı S ve yüksekliği h olan paralelyüz şeklindedir.
Arşimet yasasına göre cisme şu kuvvetler etki eder:
- Kuvvet rogxS, vücudun üst yüzeyine uygulanan basınçtan kaynaklanır; burada x, vücudun üst yüzeyinden sıvının yüzeyine olan mesafedir. Bu kuvvet dikey olarak aşağıya doğru yönlendirilir.
- Force rog(h+x)S, paralel borunun alt yüzeyine etkiyen basınçla ilgilidir. Dikey olarak yukarı doğru yönlendirilir.
- Dikey olarak aşağı hareket eden vücut ağırlığı mg.
Akışkanın daldırılan cismin yan yüzeylerinde oluşturduğu basınç mutlak değerde eşit ve zıt yönlüdür, bu nedenle sıfır kuvvete eşittir.
Denge durumunda, elimizde: mg + rogxS=rog(h+x)S veya mg=roghS.
Dolayısıyla, kaldırma kuvvetinin veya Arşimet kuvvetinin doğası, sıvının içine daldırılmış bir cismin üst ve alt yüzeylerine uyguladığı basınç farkıdır.
Arşimet kanunu üzerine açıklamalar
Kaldırma kuvvetinin doğası, bu yasadan bazı sonuçlar çıkarmamızı sağlar. İşte önemli sonuçlar ve açıklamalar:
- Bir katının yoğunluğu sıvının yoğunluğundan büyükse,içine daldırıldığı zaman, Arşimet kuvveti bu cismi sıvının dışına itmek için yeterli olmayacak ve cisim batacaktır. Aksine, bir cisim ancak yoğunluğu bu sıvının yoğunluğundan daha az ise bir sıvının yüzeyinde yüzer.
- Kendi başına algılanabilir bir yerçekimi alanı oluşturamayan sıvı hacimleri için ağırlıksız koşullar altında, bu hacimlerin kalınlıklarında basınç gradyanları yoktur. Bu durumda kaldırma kuvveti kavramı ortadan kalkar ve Arşimet yasası uygulanamaz.
- Sıvıya daldırılmış herhangi bir şekle sahip bir cisme etki eden tüm hidrostatik kuvvetlerin toplamı, dikey olarak yukarı doğru yönlendirilen ve cismin ağırlık merkezine uygulanan tek bir kuvvete indirgenebilir. Bu nedenle, gerçekte ağırlık merkezine uygulanan tek bir kuvvet yoktur, böyle bir temsil yalnızca matematiksel bir basitleştirmedir.
