Ang
Archimedes' Law ay isang pisikal na prinsipyo na nagsasaad na ang isang katawan na ganap o bahagyang nalulubog sa isang likido ay nakapahinga dahil sa puwersang nakadirekta patayo, na sa magnitude ay katumbas ng bigat ng likidong inilipat ng ang katawan na ito. Ang puwersang ito ay tinatawag na hydrostatic o Archimedean. Tulad ng anumang puwersa sa physics, ito ay sinusukat sa newtons.
Greek scientist Archimedes
Si Archimedes ay lumaki sa isang pamilya na nauugnay sa agham, dahil ang kanyang ama, si Phidias, ay isang mahusay na astronomer sa kanyang panahon. Mula sa maagang pagkabata, nagsimulang magpakita ng interes si Archimedes sa mga agham. Nag-aral siya sa Alexandria, kung saan nakipagkaibigan siya kay Eratosthenes ng Cyrene. Kasama niya, sinukat muna ni Archimedes ang circumference ng globo. Sa pamamagitan ng impluwensya ni Eratosthenes, nagkaroon din ng interes ang batang Archimedes sa astronomiya.
Pagkatapos bumalik sa kanyang bayan ng Syracuse, ang siyentipiko ay naglalaan ng malaking oras sa pag-aaral ng matematika, pisika, geometry, mekanika, optika at astronomiya. Sa lahat ng mga lugar na ito ng agham, si Archimedes ay gumawa ng iba't ibang mga pagtuklas, ang pag-unawa kung saan ay mahirap kahit para samodernong edukadong tao.
Natuklasan ni Archimedes ang kanyang batas
Ayon sa makasaysayang impormasyon, natuklasan ni Archimedes ang kanyang batas sa isang kawili-wiling paraan. Inilalarawan ni Vitruvius sa kanyang mga isinulat na inutusan ng Syracusan tyrant na si Hieron II ang isa sa mga manggagawa na maglagay ng gintong korona para sa kanya. Matapos maihanda ang korona, nagpasya siyang suriin kung nilinlang siya ng master, at kung ang mas murang pilak ay idinagdag sa ginto, na may mas mababang density kaysa sa hari ng mga metal. Hiniling niya kay Archimedes na lutasin ang problemang ito. Hindi pinahintulutan ang scientist na labagin ang integridad ng korona.
Habang naliligo, napansin ni Archimedes na tumataas ang tubig dito. Nagpasya siyang gamitin ang epektong ito upang kalkulahin ang dami ng korona, ang kaalaman kung saan, pati na rin ang masa ng korona, ay nagpapahintulot sa kanya na kalkulahin ang density ng bagay. Ang pagtuklas na ito ay lubos na humanga kay Archimedes. Inilarawan ni Vitruvius ang kanyang kalagayan tulad ng sumusunod: tumakbo siya sa kalye na ganap na hubo't hubad, at sumigaw ng "Eureka!", na isinalin mula sa sinaunang Griyego bilang "Nahanap ko ito!". Bilang resulta, ang density ng korona ay naging mas mababa kaysa sa purong ginto, at ang master ay pinatay.
Archimedes ay lumikha ng isang obra na tinatawag na "On Floating Bodies", kung saan sa unang pagkakataon ay inilarawan niya nang detalyado ang batas na kanyang natuklasan. Pansinin na ang pagbabalangkas ng batas ni Archimedes, na mismong siyentista ang gumawa, ay halos hindi nagbago.
Ang dami ng likido sa ekwilibriyo kasama ang natitirang bahagi ng likido
Sa paaralan noong ika-7 baitang, sinimulan nilang pag-aralan ang batas ni Archimedes. Upang maunawaan ang kahulugan ng batas na ito, kailangan muna nating isaalang-alang ang mga puwersang kumikilosisang tiyak na dami ng likido na nasa equilibrium sa kapal ng natitirang likido.
Ang puwersa na kumikilos sa anumang ibabaw ng itinuturing na dami ng likido ay katumbas ng pdS, kung saan ang p ay ang presyon, na nakadepende lamang sa lalim, ang dS ay ang lugar ng ibabaw na ito.
Dahil ang napiling volume ng likido ay nasa equilibrium, nangangahulugan ito na ang nagresultang puwersa na kumikilos sa ibabaw ng volume na ito, at nauugnay sa presyon, ay dapat balansehin ng bigat ng volume na ito ng likido. Ang nagresultang puwersa na ito ay tinatawag na puwersa ng buoyancy. Ang punto ng paggamit nito ay nasa gitna ng grabidad ng dami ng likidong ito.
Dahil ang presyon sa isang likido ay kinakalkula ng formula p=rogh, kung saan ang ro ay ang density ng likido, ang g ay ang free fall acceleration, h ay ang lalim, ang equilibrium ng isinasaalang-alang Ang dami ng likido ay tinutukoy ng equation: timbang ng katawan=rog V, kung saan ang V ay ang volume ng itinuturing na bahagi ng likido.
Pagpapalit ng likido ng solid
Isinasaalang-alang pa ang batas ni Archimedes sa physics ng ika-7 baitang, aalisin namin ang itinuturing na dami ng likido mula sa kapal nito, at maglalagay kami ng solidong katawan ng parehong volume at parehong hugis sa libreng espasyo.
Sa kasong ito, ang nagreresultang puwersa ng buoyancy, na nakasalalay lamang sa density ng likido at dami nito, ay mananatiling pareho. Ang bigat ng katawan, pati na rin ang sentro ng grabidad nito, ay karaniwang magbabago. Bilang resulta, dalawang puwersa ang unang kikilos sa katawan:
- Pushing force rogV.
- Timbang ng katawan mg.
Sa pinakasimpleng kaso, kung ang katawan ay homogenous, ang sentro ng grabidad nito ay tumutugma sapunto ng paggamit ng puwersang tumulak.
Ang likas na katangian ng batas ni Archimedes at isang halimbawa ng solusyon para sa isang katawan na ganap na nakalubog sa isang likido
Ipagpalagay na ang isang homogenous na katawan ng mass m ay nalulubog sa isang likido na may densidad na ro. Sa kasong ito, ang katawan ay may hugis ng parallelepiped na may base area S at taas h.
Ayon sa batas ni Archimedes, ang mga sumusunod na puwersa ay kikilos sa katawan:
- Force rogxS, na dahil sa pressure na inilapat sa itaas na ibabaw ng katawan, kung saan ang x ay ang distansya mula sa itaas na ibabaw ng katawan hanggang sa ibabaw ng likido. Ang puwersang ito ay nakadirekta patayo pababa.
- Force rog(h+x)S, na nauugnay sa pressure na kumikilos sa ilalim na ibabaw ng parallelepiped. Ito ay nakadirekta patayo pataas.
- Ang bigat ng katawan mg na kumikilos nang patayo pababa.
Ang presyur na nalilikha ng likido sa mga gilid na ibabaw ng nakalubog na katawan ay pantay-pantay sa ganap na halaga at magkasalungat sa direksyon, samakatuwid ang mga ito ay nagdaragdag ng hanggang zero na puwersa.
Sa kaso ng equilibrium, mayroon tayong: mg + rogxS=rog(h+x)S, o mg=roghS.
Kaya, ang katangian ng puwersa ng buoyancy o puwersa ng Archimedes ay ang pagkakaiba sa presyon na ibinibigay ng isang likido sa itaas at ibabang ibabaw ng isang katawan na nakalubog dito.
Mga puna sa batas ni Archimedes
Ang likas na puwersa ng buoyancy ay nagbibigay-daan sa amin na makagawa ng ilang konklusyon mula sa batas na ito. Narito ang mahahalagang konklusyon at komento:
- Kung ang density ng solid ay mas malaki kaysa sa density ng likido,kung saan ito ay nalulubog, kung gayon ang puwersa ng Archimedean ay hindi magiging sapat upang itulak ang katawan na ito palabas ng likido, at ang katawan ay lulubog. Sa kabaligtaran, ang isang katawan ay lulutang lamang sa ibabaw ng isang likido kung ang density nito ay mas mababa kaysa sa density ng likidong ito.
- Sa ilalim ng mga walang timbang na kundisyon para sa mga volume ng likido na hindi makakagawa ng nakikitang gravitational field nang mag-isa, walang mga pressure gradient sa kapal ng mga volume na ito. Sa kasong ito, ang konsepto ng buoyancy ay hindi na umiral, at ang batas ni Archimedes ay hindi nalalapat.
- Ang kabuuan ng lahat ng hydrostatic forces na kumikilos sa isang katawan na may di-makatwirang hugis na nakalubog sa isang likido ay maaaring mabawasan sa isang puwersa, na nakadirekta nang patayo pataas at inilapat sa sentro ng grabidad ng katawan. Kaya, sa katotohanan ay walang iisang puwersa na inilalapat sa sentro ng grabidad, ang gayong representasyon ay isang pagpapasimple lamang sa matematika.
