یه سالی بود سر نزده بودم که مطلب برایتان بگذارم

یه مطلب جالب برایتان انتخاب کردم

نیروی ارشمیدس

·         آیا تابحال فکر کرده اید که یک کشتی بزرگ چگونه می تواند بدون غرق ‏شدن در روی آب حرکت کند؟

·         آیا می دانید چرا یک کنده درخت در سطح آب به حالت معلق می ماند و ‏هرچه آن را به پایین فشار دهیم و رها کنیم، بلا فاصله به بالای سطح آب ‏می گردد؟

·         چرا اگر یک سنگ در آب بیندازیم، بلافاصله در آب فرو می رود و هر چه ‏تلاش کنیم نمی‌توانیم آن را در سطح آب نگاه داریم؟
دلیل پدیده‌های فوق و هزاران پدیده دیگر مانند آنها را که در زندگی روزمره ‏خود مشاهده می‌کنیم، نیروی ارشمیدس یا نیروی شناور شدن است.‏

تعریف شناور شدن:
هرگاه جسمی را در داخل شاره‌ای غوطه ور کنیم، نیرویی برابر با وزن ‏شاره جابجا می شود. توسط آن ، بر آن وارد می گردد، که این نیرو را ‏نیروی ارشمیدس و یا نیروی شناوری می گویند. این بیان در واقع همان ‏اصل ارشمیدس است که از زمان یونان باستان شناخته شده است.‏

آزمایش ساده :‏
یک تکه سنگ انتخاب کنید. و آن را از یک ترازو آویزان نموده و جرم آن را ‏یادداشت کنید. حال آن را در داخل یک ظرف آب فرو ببرید و دوباره جرم آن ‏را از روی ترازو بخوانید. اختلاف میان دو جرم با جرم آب جابجا شده برابر ‏است. چون چگالی آب برابر هزار کیلو گرم بر متر مربع است، تعداد جرم بر حسب گرم ‏برابر است با حجم بر حسب سانتی متر مکعب ، که با حجم سنگ نیز ‏برابر است. با تقسیم جرم سنگ بر حجم آن چگالی سنگ بدست می ‏آید.‏

چرا یک قطعه آهن بر خلاف کنده درخت در آب فرو می رود؟

آیا تاکنون فکرکرده اید که چرا برخی چیزها درون آب شناور هستند امابرخی دیگر ته آب میافتند؟

یا چرا چوب روی آب شناور ولی یک میخ آهنی ته ظرف آب می افتد و یااینکه آیا امکان دارد یک قطعه آهن شناوربماند تمامی این موضوعات به نیرویی مربوط می شود که ارشمیدس دانشمند یونان باستان کشف کرده است.

نیروی ارشمیدس چیست ؟
وقتی جسمی را درون یک شاره مثلا یک لیوان آب می اندازیم اگر جسم تماما درون آب فرو رود به مقدار حجم خود آب را جابجا می کند به نیروی وزن این مقدار آب جابجا شده نیروی ارشمیدس گویند که همیشه رو به بالاست و از رابطه ی زیر بدست می آید:

دقت کنید که در این رابطه چگالی شاره و vحجم شاره جابجا شده است که مساوی است باحجم قسمتی از جسم که داخل شاره است و gشتاب گرانشی است حال سوالی مطرح می شود و آن اینکه چه شرایطی لازم است تا یک جسم در یک شاره شناور شود ؟ می دانیم در به هر جسمی در یک میدان گرانشی نیروی وزن وارد می شود و به جسم درون شاره حداقل دو نیروی ارشمیدس و نیروی گرانش وارد می شود می دانیم که نیروی گرانش همیشه روبه پایین و نیروی ارشمیدس (نیروی شناوری) همیشه روبه بالا هرگاه این دو نیرو برابر باشند جسم درون آب غوطه ور می شود ولی فرق شناوری و غوطه وری چیست ؟ وقتی می گوییم جسمی شناور است که در سطح آب باشد اما جسم غوطه ور میتواند در هر جای شاره باشدبه طور مثال خود آب درون خود شناور است.

وقتی نیروی ارشمیدس از نیروی وزن بیشتر باشد جسم روی سطح آزاد شاره شناور می شود و وقتی نیروی وزن جسم از نیروی ارشمیدس بیشتر باشد جسم درون شاره غرق می شود.

مسئله : این دو جسم در هوا روی یک ترازوی این چنین به تعادل می رسند اگر آنها را در یک محفظه خلا بگذاریم موقعیت آنان چگونه است ؟(راهنمایی:هوا نیز یک شاره است)

وقتی که یک کنده درخت در آب غوطه ور است، مقداری آب برابر با آب هم ‏حجم خودرا جابجا می کند. اما وزن آب از وزن کنده بیشتر است و لذا ‏نیروی شناوری از نیروی وزن بیشتر است. این قضیه فقط زمانی صادق ‏است که چگالی کنده از چگالی آب کمتر باشد. عموما اگر چگالی شاره از ‏چگالی جسم بیشتر باشد، جسم در شاره شناور می شود. بنابراین ‏دلیل اینکه یک قطعه آهن یا سنگ بلافاصله در داخل آب فرو میرود، این ‏است که چگالی این اجسام از چگالی آب بیشتر است.‏

علت غرق شدن یک کشتی بزرگ در دریا :‏

اگر در روی جدول‌هایی که در کتاب‌های مختلف وجود دارد، چگالی فولاد را ‏پیدا کنیم. ملاحظه می کنیم که چگالی فولاد هفت برابر چگالی آب ‏است، ولی با وجود این کشتی در آب فرود نمی‌رود. و در سطح آن باقی ‏می ماند. این بدان دلیل است که کشتی عمدتا از هوا تشکیل شده ‏است تا آب. بنابر این ، اگر حجم هوای داخل کشتی را نیز به حساب آوریم، ‏چگالی متوسط کشتی خیلی کمتر از چگالی آب می گردد. بنابراین با ‏ملاحظه هوای داخل کشتی ، چگالی متوسط کشتی از چگالی متوسط ‏آب کمتر خواهد بود.‏

شیطانک پاسکال
شرح و توضیح:
حتماً می‌دانید که علت شناور ماندن لوله در آب چیست؟
دلیل شناوری لوله در آب دقیقاً همان دلیل شناور ماندن قایق‌ها و ... روی آب و مایعات دیگر است.
نیروی ارشمیدس
قانون ارشمیدس به ما می‌گوید هرگاه جسمی را در ( یا روی ) آب بگذاریم به آن نیرویی به سمت بالا وارد می‌شود که اگر این نیرو برابر نیروی وزن جسم ( رو به پایین ) باشد، جسم شناور می‌ماند.
قانون ارشمیدس درمورد مقدار نیروی ارشمیدس می‌گوید: نیروی ارشمیدس به اندازه وزن آبی است که به خاطر شناور شدن جسم در آب جا به جا شده است ( یعنی وزن آبی که جسم جای آن را گرفته )
حالا برگردیم به شیطانک خودمان! حتما اگر آزمایش را انجام داده باشید دیده اید که با فشار دادن دیواره بطری لوله آزمایش به پایین ظرف سقوط می‌کند.
گفتیم که دلیل شناوری لوله روی آب، نیروی ارشمیدس است. در ابتدا حجم آب جابه جا شده حجم هوای داخل لوله بعلاوه حجم دیواره های لوله است. اما وقتی دیواره‌ها را فشار می‌دهیم طبق اصل پاسکال ( اصلی که می‌گوید مایعات فشار را منتقل می‌کنند. ) فشار به هوای داخل لوله منتقل شده و آن را فشرده می‌کند و حجم هوا را کم می‌کند و چون حجم آب جا به جا شده کم می‌شود با کاهش نیروی ارشمیدس و کم شدن آن از وزن لوله، لوله به سمت پایین سقوط می‌کند.