Sheria ya Archimedes ni kanuni ya kimaumbile inayosema kwamba mwili ambao umezamishwa kabisa au kiasi katika kioevu huwa umetulia hutendewa kazi na nguvu iliyoelekezwa kiwima, ambayo kwa ukubwa ni sawa na uzito wa kioevu kilichohamishwa na. mwili huu. Nguvu hii inaitwa hydrostatic au Archimedean. Kama nguvu yoyote katika fizikia, hupimwa kwa toni mpya.
Mwanasayansi Mgiriki Archimedes
Archimedes alikulia katika familia iliyohusishwa na sayansi, kwa kuwa baba yake, Phidias, alikuwa mwanaastronomia mkuu wa wakati wake. Kuanzia utotoni, Archimedes alianza kupendezwa na sayansi. Alisoma huko Alexandria, ambapo alifanya urafiki na Eratosthenes wa Kurene. Pamoja naye, Archimedes kwanza alipima mduara wa ulimwengu. Kupitia ushawishi wa Eratosthenes, Archimedes mchanga pia alisitawisha shauku katika elimu ya nyota.
Baada ya kurejea katika mji aliozaliwa wa Syracuse, mwanasayansi anatumia muda mwingi katika masomo ya hisabati, fizikia, jiometri, mechanics, optics na astronomia. Katika maeneo haya yote ya sayansi, Archimedes alifanya uvumbuzi mbalimbali, kuelewa ambayo ni vigumu hata kwamtu mwenye elimu ya kisasa.
Archimedes agundua sheria yake
Kulingana na maelezo ya kihistoria, Archimedes aligundua sheria yake kwa njia ya kuvutia. Vitruvius katika maandishi yake anaeleza kwamba dhalimu wa Syracus, Hieron II alimwagiza mmoja wa mafundi kumtundikia taji ya dhahabu. Baada ya taji kuwa tayari, aliamua kuangalia ikiwa bwana alikuwa amemdanganya, na ikiwa fedha ya bei nafuu ilikuwa imeongezwa kwa dhahabu, ambayo ina wiani wa chini kuliko mfalme wa metali. Aliuliza Archimedes kutatua tatizo hili. Mwanasayansi hakuruhusiwa kukiuka uadilifu wa taji.
Wakati anaoga, Archimedes aligundua kuwa kiwango cha maji kilikuwa kinapanda. Aliamua kutumia athari hii kuhesabu kiasi cha taji, ujuzi ambao, pamoja na wingi wa taji, ulimruhusu kuhesabu wiani wa kitu. Ugunduzi huu ulimvutia sana Archimedes. Vitruvius alielezea hali yake kama ifuatavyo: alikimbia barabarani akiwa uchi kabisa, na kupiga kelele "Eureka!", ambayo inatafsiriwa kutoka kwa Kigiriki cha kale kama "Nimeipata!". Matokeo yake, msongamano wa taji uligeuka kuwa chini ya dhahabu safi, na bwana aliuawa.
Archimedes aliunda kazi inayoitwa "On Floating Bodies", ambapo kwa mara ya kwanza anaelezea kwa kina sheria aliyogundua. Kumbuka kwamba uundaji wa sheria ya Archimedes, ambayo mwanasayansi mwenyewe alifanya, haujabadilika.
Kiasi cha kioevu katika usawa na kioevu kingine
Wakiwa shuleni katika darasa la 7, wanaanza kusoma sheria ya Archimedes. Ili kuelewa maana ya sheria hii, ni lazima kwanza tuzingatie nguvu zinazotenda kazikiasi fulani cha kioevu ambacho kiko katika usawa katika unene wa salio la kioevu.
Nguvu inayofanya kazi kwenye uso wowote wa ujazo unaozingatiwa wa kioevu ni sawa na pdS, ambapo p ni shinikizo, ambalo linategemea kina pekee, dS ni eneo la uso huu.
Kwa kuwa ujazo uliochaguliwa wa kioevu uko katika usawa, inamaanisha kwamba nguvu inayotokea inayofanya kazi kwenye uso wa ujazo huu, na kuhusishwa na shinikizo, lazima isawazishwe na uzito wa ujazo huu wa kioevu. Nguvu hii ya matokeo inaitwa nguvu ya buoyancy. Sehemu yake ya matumizi iko katikati ya mvuto wa ujazo huu wa kioevu.
Kwa kuwa shinikizo katika kioevu huhesabiwa kwa fomula p=rogh, ambapo ro ni msongamano wa kioevu, g ni kuongeza kasi ya kuanguka, h ni kina, usawa wa kinachozingatiwa. kiasi cha kioevu huamuliwa na mlinganyo: uzito wa mwili=rog V, ambapo V ni kiasi cha sehemu inayozingatiwa ya kioevu.
Kubadilisha kioevu na kigumu
Kwa kuzingatia zaidi sheria ya Archimedes katika fizikia ya daraja la 7, tutaondoa kiasi kinachozingatiwa cha kioevu kutoka kwa unene wake, na kuweka mwili thabiti wa ujazo sawa na umbo sawa katika nafasi ya bure.
Katika kesi hii, nguvu inayotokana ya kuinua, ambayo inategemea tu msongamano wa kioevu na kiasi chake, itabaki sawa. Uzito wa mwili, pamoja na kituo chake cha mvuto, kwa ujumla kitabadilika. Kama matokeo, nguvu mbili zitatumika mwanzoni kwenye mwili:
- Nguvu ya kusukuma rogV.
- Uzito wa mwili mg.
Kwa hali rahisi, ikiwa mwili ni sawa, basi kituo chake cha mvuto kinalingana nasehemu ya matumizi ya nguvu ya kusukuma.
Asili ya sheria ya Archimedes na mfano wa suluhu kwa mwili uliotumbukizwa kabisa kwenye kimiminika
Chukulia kuwa mwili wenye usawa wa m hutumbukizwa kwenye kioevu chenye msongamano ro. Katika hali hii, mwili una umbo la bomba la parallele lenye eneo la msingi S na urefu wa h.
Kulingana na sheria ya Archimedes, nguvu zifuatazo zitafanya kazi kwa mwili:
- Lazisha rogxS, ambayo ni kutokana na shinikizo linalowekwa kwenye sehemu ya juu ya mwili, ambapo x ni umbali kutoka sehemu ya juu ya mwili hadi uso wa kioevu. Nguvu hii inaelekezwa chini kiwima.
- Lazimisha rog(h+x)S, ambayo inahusiana na shinikizo linalofanya kazi kwenye sehemu ya chini ya filimbi ya parallele. Imeelekezwa juu kiwima.
- Uzito wa mwili mg unaotenda wima chini.
Shinikizo ambalo kimiminika hutokeza kwenye sehemu za kando za mwili uliozamishwa ni sawa kwa thamani kamili na kinyume katika mwelekeo, kwa hivyo huongeza hadi nguvu sifuri.
Katika hali ya usawa, tunayo: mg + rogxS=rog(h+x)S, au mg=roghS.
Kwa hivyo, asili ya nguvu ya kuhamaki au nguvu ya Archimedes ni tofauti ya shinikizo inayotolewa na kioevu kwenye nyuso za juu na za chini za mwili uliozamishwa ndani yake.
Maoni kuhusu sheria ya Archimedes
Asili ya nguvu ya uhamasisho inaturuhusu kufikia hitimisho fulani kutoka kwa sheria hii. Hapa kuna hitimisho muhimu na maoni:
- Ikiwa msongamano wa kigumu ni mkubwa kuliko msongamano wa kioevu,ambayo inaingizwa ndani yake, basi nguvu ya Archimedean haitoshi kusukuma mwili huu nje ya kioevu, na mwili utazama. Kinyume chake, mwili utaelea juu ya uso wa kioevu ikiwa tu msongamano wake ni chini ya msongamano wa kioevu hiki.
- Chini ya hali zisizo na uzito kwa ujazo wa kioevu ambao hauwezi kuunda uga unaoonekana wa mvuto wenyewe, hakuna viwango vya shinikizo katika unene wa juzuu hizi. Katika hali hii, dhana ya uimara hukoma kuwepo, na sheria ya Archimedes haitumiki.
- Jumla ya nguvu zote za hidrostatic zinazofanya kazi kwenye mwili wa umbo la kiholela zinazozamishwa kwenye kioevu zinaweza kupunguzwa hadi nguvu moja, ambayo huelekezwa juu kiwima na kutumika katikati ya uzito wa mwili. Kwa hivyo, katika uhalisia hakuna nguvu moja inayotumika kwenye kitovu cha mvuto, uwakilishi kama huo ni kurahisisha tu kihisabati.
