Архимед заңы – сұйықтыққа толық немесе ішінара батырылған денеге тік бағытталған күш әсер ететінін көрсететін физикалық принцип. бұл дене. Бұл күш гидростатикалық немесе архимед деп аталады. Физикадағы кез келген күш сияқты ол Ньютонмен өлшенеді.
Грек ғалымы Архимед
Архимед ғылыммен байланысты отбасында өсті, өйткені оның әкесі Фидий өз заманының ұлы астрономы болған. Бала кезінен бастап Архимед ғылымға қызығушылық таныта бастады. Ол Александрияда оқып, Кирендік Эратосфенмен достасады. Онымен бірге Архимед алдымен жер шарының шеңберін өлшеген. Эратосфеннің ықпалымен жас Архимед астрономияға да қызығушылық танытты.
Туған жері Сиракузаға оралғаннан кейін ғалым көп уақытын математика, физика, геометрия, механика, оптика және астрономияны зерттеуге арнайды. Ғылымның осы салаларында Архимед әртүрлі жаңалықтар ашты, оларды түсіну тіпті қиынзаманауи білімді адам.
Архимед өз заңын ашты
Тарихи мәліметтерге сүйенсек, Архимед өз заңын қызықты жолмен ашқан. Витрувий өз жазбаларында сиракуздық тиран II Хирон шеберлердің біріне оған алтын тәж құюды тапсырғанын сипаттайды. Тәжі дайын болғаннан кейін, ол шебердің оны алдағанын және металдар патшасынан төмен тығыздығы бар алтынға арзанырақ күміс қосылғанын тексеруді шешті. Ол бұл мәселені шешуді Архимедке тапсырды. Ғалымға тәждің тұтастығын бұзуға рұқсат етілмеді.
Суға шомылып жатқанда, Архимед ондағы су деңгейінің көтеріліп бара жатқанын байқады. Ол бұл әсерді тәждің көлемін есептеу үшін пайдалануды шешті, оның білімі, сондай-ақ тәждің массасы оған нысанның тығыздығын есептеуге мүмкіндік берді. Бұл жаңалық Архимедке қатты әсер етті. Витрувий өзінің жағдайын былай сипаттады: ол көше бойымен мүлдем жалаңаш жүгіріп шығып, «Эврика!» деп айғайлады, бұл ежелгі грек тілінен аударғанда «Мен оны таптым!» деп аударылады. Нәтижесінде тәждің тығыздығы таза алтыннан аз болып шықты және шебер орындалды.
Архимед «Жүзбелі денелер туралы» атты еңбегін жасады, онда ол алғаш рет өзі ашқан заңды егжей-тегжейлі сипаттайды. Ғалымның өзі жасаған Архимед заңының тұжырымы іс жүзінде өзгермегенін ескеріңіз.
Сұйықтықтың қалған бөлігімен тепе-теңдіктегі сұйықтық көлемі
Мектепте 7-сыныпта Архимед заңын оқи бастайды. Бұл заңның мәнін түсіну үшін алдымен әрекет ететін күштерді қарастыру керексұйықтықтың қалған бөлігінің қалыңдығында тепе-теңдікте болатын сұйықтықтың белгілі бір көлемі.
Сұйықтықтың қарастырылатын көлемінің кез келген бетіне әсер ететін күш pdS-ке тең, мұндағы p - қысым, тек тереңдікке тәуелді, dS - осы беттің ауданы.
Сұйықтықтың таңдалған көлемі тепе-теңдікте болғандықтан, бұл көлемнің бетіне әсер ететін және қысыммен байланысты пайда болатын күш сұйықтықтың осы көлемінің салмағына теңестірілуі керек дегенді білдіреді. Бұл нәтиже күші қалқымалы күш деп аталады. Оның қолдану нүктесі сұйықтықтың осы көлемінің ауырлық орталығында орналасқан.
Сұйықтықтағы қысым p=rogh формуласымен есептелетіндіктен, мұндағы ro – сұйықтықтың тығыздығы, g – еркін түсу үдеуі, h – тереңдік, қарастырылған қысымның тепе-теңдігі. сұйықтың көлемі мына теңдеумен анықталады: дене салмағы=rog V, мұндағы V – сұйықтықтың қарастырылатын бөлігінің көлемі.
Сұйықтықты қатты затқа ауыстыру
Архимед заңын 7-сыныптағы физикадан әрі қарай қарастыра отырып, сұйықтың қарастырылатын көлемін оның қалыңдығынан алып тастап, бос кеңістікке бірдей көлемдегі және бірдей пішіндегі қатты денені орналастырамыз.
Бұл жағдайда сұйықтықтың тығыздығына және оның көлеміне ғана тәуелді болатын қалтқы күші өзгеріссіз қалады. Дененің салмағы, сондай-ақ оның ауырлық орталығы әдетте өзгереді. Нәтижесінде денеге бастапқыда екі күш әсер етеді:
- Итеру күші rogV.
- Дене салмағы мг.
Ең қарапайым жағдайда, егер дене біртекті болса, онда оның ауырлық центрімен сәйкес келеді.итеру күшін қолдану нүктесі.
Архимед заңының табиғаты және сұйықтыққа толығымен батырылған денеге арналған ерітіндінің мысалы
Массасы m біртекті дене тығыздығы ro сұйықтыққа батырылған деп есептейік. Бұл жағдайда дененің негізгі ауданы S және биіктігі h бар параллелепипедтің пішіні болады.
Архимед заңы бойынша денеге келесі күштер әсер етеді:
- Күш rogxS, ол дененің үстіңгі бетіне түсірілген қысымға байланысты, мұндағы х – дененің жоғарғы бетінен сұйықтық бетіне дейінгі қашықтық. Бұл күш тігінен төмен бағытталған.
- Күш rog(h+x)S, ол параллелепипедтің төменгі бетіне әсер ететін қысыммен байланысты. Ол тігінен жоғары бағытталған.
- Тік төмен қарай әрекет ететін дене салмағы мг.
Сұйықтық батырылған дененің бүйір беттерінде жасайтын қысым абсолютті мәнде тең және бағыты бойынша қарама-қарсы, сондықтан олардың қосындысы нөлге дейін күшке жетеді.
Тепе-теңдік жағдайында бізде: mg + rogxS=rog(h+x)S немесе mg=roghS.
Осылайша, қалқымалы күштің немесе Архимед күшінің табиғаты сұйықтықтың оған батырылған дененің үстіңгі және төменгі беттеріне түсіретін қысымының айырмашылығы болып табылады.
Архимед заңы туралы ескертулер
Қалқымалы күштің табиғаты осы заңнан кейбір қорытындылар жасауға мүмкіндік береді. Мұнда маңызды қорытындылар мен ескертулер берілген:
- Егер қатты дененің тығыздығы сұйықтың тығыздығынан үлкен болса,ол батырылған болса, онда бұл денені сұйықтықтан итеріп шығару үшін архимед күші жеткіліксіз болады және дене батады. Керісінше, егер оның тығыздығы осы сұйықтықтың тығыздығынан аз болса ғана дене сұйықтың бетінде қалқып шығады.
- Өздігінен сезілетін гравитациялық өріс жасай алмайтын сұйық көлемдер үшін салмақсыз жағдайларда бұл көлемдердің қалыңдығында қысым градиенттері болмайды. Бұл жағдайда қалқымалылық ұғымы өмір сүруін тоқтатады және Архимед заңы қолданылмайды.
- Сұйықтыққа батырылған ерікті пішінді денеге әсер ететін барлық гидростатикалық күштердің қосындысын тігінен жоғары бағытталған және дененің ауырлық центріне әсер ететін бір күшке дейін азайтуға болады. Осылайша, шын мәнінде ауырлық центріне қолданылатын жалғыз күш жоқ, мұндай бейнелеу тек математикалық жеңілдету болып табылады.
