แนวคิดและการประยุกต์ใช้กฎหมายอาร์คิมิดีส

ชื่ออาร์คิมิดีสอาจเป็นที่คุ้นเคยสำหรับคนส่วนใหญ่โดยเฉพาะพวกคุณที่เรียนอยู่ชั้นประถมศึกษาปีที่ 11 ใช่แล้วเขาเป็นนักคณิตศาสตร์และนักประดิษฐ์จากกรีซซึ่งมีชีวิตอยู่ระหว่าง 287 ปีก่อนคริสตกาล - 212 ปีก่อนคริสตกาล เขามีชื่อเสียงในการค้นพบกฎแห่งอุทกศาสตร์หรือที่รู้จักกันดีในชื่อกฎของอาร์คิมิดีส

ที่มาของกฎหมายนี้เป็นเรื่องง่าย เริ่มจากคำสั่งของกษัตริย์ Hieron II ที่ขอให้อาร์คิมิดีสตรวจสอบว่ามงกุฎทองคำของเขาผสมกับเงินหรือไม่ แม้แต่อาร์คิมิดีสก็คิดถึงปัญหานี้อย่างจริงจังและในที่สุดก็รู้สึกเหนื่อยมากและเลือกที่จะทิ้งตัวลงในห้องอาบน้ำสาธารณะที่เต็มไปด้วยน้ำ ที่นี่เขาเห็นว่ามีน้ำหกอยู่บนพื้นและทันทีที่เขาพบคำตอบ เขาลุกขึ้นยืนและวิ่งไปที่บ้านโดยเปล่าประโยชน์ เมื่อกลับถึงบ้านก็ตะโกนใส่ภรรยาว่า "ยูเรก้า! ยูเรก้า!” ซึ่งหมายความว่า "ฉันพบแล้ว! เจอแล้ว!” จากนั้นกฎของอาร์คิมิดีสก็ปรากฏขึ้น

"ถ้าวัตถุจมอยู่ในของเหลววัตถุนั้นจะได้รับแรงที่เรียกว่าแรงลอยตัว (แรงขึ้น) เท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่แทนที่"

กฎนี้อธิบายความสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงและแรงขึ้นของวัตถุเมื่อใส่ลงในน้ำ เนื่องจากการยกขึ้น (การลอยตัว) วัตถุในของเหลวจะมีน้ำหนักน้อยลง ดังนั้นวัตถุที่ยกในน้ำจะรู้สึกเบากว่าเมื่อยกขึ้นบนบก

น้ำหนักของวัตถุในน้ำจะได้รับสัญลักษณ์ Ws น้ำหนักจริงของวัตถุจะได้รับสัญลักษณ์ W ในขณะที่แรงขึ้นหรือการลอยตัวจะได้รับสัญลักษณ์ Fa

Ws = W-Fa

และขนาดของการลอยตัว (Fa) ถูกกำหนดโดย:

Fa = ρcair Vb ก

ข้อมูล:

Vb = ปริมาตรของวัตถุแช่ (m3)

ρcair = ความหนาแน่นของของเหลว (กก. / ลบ.ม. )

g = ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (m / s2)

วัตถุในกฎหมายของอาร์คิมิดีส

เมื่อวัตถุจมอยู่ในของเหลวมีความเป็นไปได้ 3 ประการที่จะเกิดขึ้น ได้แก่ จมลอยหรือลอยน้ำ นี่คือคำอธิบาย

วัตถุจมอยู่ใต้น้ำ

วัตถุจะถูกประกาศว่าแช่อยู่ในของเหลวหากตำแหน่งของวัตถุอยู่ที่ด้านล่างของของเหลวเสมอ สถานการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อความหนาแน่นของของเหลวน้อยกว่าความหนาแน่นของวัตถุ

ตัวอย่าง: หินใส่น้ำ

วัตถุลอยน้ำ

วัตถุลอยอยู่ในของเหลวเมื่อตำแหน่งของวัตถุอยู่ใต้พื้นผิวของของเหลวและจากด้านบนฐานที่ของเหลวอยู่ สถานการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อความหนาแน่นของของเหลวเหมือนกับความหนาแน่นของวัตถุ

ตัวอย่าง: ไข่เมื่อใส่น้ำ

วัตถุลอยน้ำ

วัตถุลอยอยู่ในของเหลวเมื่อตำแหน่งของวัตถุบางส่วนปรากฏบนพื้นผิวของของเหลวและบางส่วนจมอยู่ในของเหลว สถานการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อความหนาแน่นของของเหลวมากกว่าความหนาแน่นของวัตถุ

ตัวอย่าง: พลาสติกใส่น้ำ

กฎของอาร์คิมิดีสในชีวิตประจำวัน

ไฮโดรมิเตอร์

Hydrometer เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดความหนาแน่นของของเหลว เครื่องมือนี้อยู่ในรูปแบบของท่อที่บรรจุบัลลาสต์และช่องว่างอากาศเพื่อให้ลอยตรงและมั่นคงในคราวเดียว ไฮโดรมิเตอร์ทำงานตามหลักการอาร์คิมิดีส ในกรณีที่ความหนาแน่นของสารน้ำมากขึ้นส่วนของไฮโดรมิเตอร์ก็จะจมน้อยลง ไฮโดรมิเตอร์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อกำหนดปริมาณน้ำในนมเบียร์หรือเครื่องดื่มอื่น ๆ

เรือดำน้ำ

การใช้กฎหมายอาร์คิมีดีสเกี่ยวกับเรือดำน้ำนั้นแทบจะเหมือนกับการต่อเรือ หากเรือกำลังจะดำน้ำน้ำทะเลจะถูกใส่เข้าไปในพื้นที่สำรองเพื่อให้น้ำหนักของเรือเพิ่มขึ้น การจัดเรียงปริมาณน้ำทะเลที่เข้ามาคือสิ่งที่ทำให้เรือดำน้ำดำน้ำในระดับความลึกตามที่ต้องการ เรือจะปล่อยน้ำทะเลออกจากพื้นที่สำรองเพื่อให้ลอยได้

บอลลูนอากาศ

นอกเหนือจากไฮโดรมิเตอร์และเรือดำน้ำแล้วการใช้กฎหมายของอาร์คิมิดีสยังใช้กับวัตถุประเภทก๊าซด้วย ในกรณีนี้บอลลูนอากาศร้อนซึ่งลอยอยู่ในอากาศจะเต็มไปด้วยก๊าซที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าความหนาแน่นของอากาศในบรรยากาศ

ก๊อกน้ำอัตโนมัติ

ทุกคนที่บ้านมีปั๊มน้ำต้องสังเกตว่ามีถังเก็บที่ต้องวางไว้ที่ความสูงระดับหนึ่ง เป้าหมายคือการได้รับแรงดันขนาดใหญ่เพื่อระบายน้ำ ในถังมีลูกลอยที่ทำหน้าที่เป็นก๊อกน้ำอัตโนมัติ ก๊อกน้ำนี้ทำขึ้นเพื่อให้ลอยอยู่ในน้ำเพื่อให้เลื่อนขึ้นตามระดับน้ำ เมื่อน้ำว่างลูกลอยจะเปิดก๊อกเพื่อระบายน้ำ ในทางกลับกันถ้าถังเต็มลูกลอยจะปิดก๊อกน้ำโดยอัตโนมัติ