Sıvıya batırılmış bir cisim batar. Formülasyon ve açıklama. Sürekli ortam mekaniğinin unsurları
DENİZALTILARIN KARARLILIĞI
SÜREKLİ MEDYA MEKANİĞİNİN ELEMANLARI
Sürekli bir ortamın, maddenin düzgün bir dağılımı ile karakterize edildiği kabul edilir - yani. Aynı yoğunluğa sahip ortam. Bunlar sıvılar ve gazlardır.
Bu nedenle, bu bölümde, bu ortamlarda geçerli olan ana yasaları ele alacağız.
Bir cismin sıvı içinde yüzmesi veya batması ile ilgili bir dizi faktör vardır. Sıvı içine yerleştirilen nesneler sıvı hacimlerini değiştirir. Cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğundan küçükse cisim yüzer. Yoğunluk ayrıca bir nesnenin özgül ağırlığı ile de ilgilidir. Bir sıvının içindeki bir cismin ağırlığı, sıvının dışındaki ağırlığından daha azdır.
Yüzme ile ilgili aklınıza takılan sorular.
- Hareket nedir?
- Yoğunluk ve özgül ağırlık nedir?
- Her şey nasıl yüzer?
Konu 1.9 STATİK SIVILAR
ARIMED HUKUKU
Belirli bir şekle sahip belirli bir cismin daldırıldığı suyla dolu bir kabı gösteren Şekil 1'i düşünün. Dalış sırasında açıkça görülüyor ki
Pirinç. bir su seviyesi yükseliyor, yani. gövde
belirli bir miktar serbest bırakır
Su. Bu sayının da açık olduğu açıktır.
Neden tüm bedenler batmaz
Yerçekimi daha yoğun bir nesneyi aşağı çeker. Daha küçük yoğun nesne yukarı doğru itilir. Yüzme dengesi. Metal bir kabın yoğunluğu sudan daha azdır. Katı bir cisim bir sıvının içine konulduğunda sıvı içindeki hacmini değiştirir. Başka bir deyişle, kendi hacmine eşit bir sıvı hacminin yerini alır.
Örneğin, dolu bir kaba 1 metreküp su koyarsanız, kabın kenarlarından aşağı doğru 1 metreküp su akacaktır. Elbette "taşma" kazanan bir kaba bir nesne koyarsanız, eklenen hacme göre sıvı seviyesi yükselecektir.
Vt su, batık cismin hacmine eşittir.
İTİBAREN Bu vücut verilerden etkilenir
ANCAK koşullar, 2 kuvvet vardır:
bir). Yönlendirilen Yerçekimi F t
dikey olarak aşağı ve bağlı
Merkez olarak adlandırılan C noktası
vücut ağırlığı.
2). Dikey olarak yukarı doğru yönlendirilen ve vücudun kaldırma kuvveti merkezi olarak adlandırılan A noktasına uygulanan belirli bir kuvvet. Bu kuvvet antik Yunan matematikçi Arşimet tarafından keşfedildi ve hesaplandı ve bu nedenle onun adını Arşimet kuvveti olarak adlandırdı. Arşimet kuvveti şu formüle sahiptir:
Yer değiştirme ilkesi, bazı nesnelerin neden yüzdüğünü belirleyen bir faktördür. Düzensiz şekilli nesnelerin hacmini bulmak için de kullanışlıdır. Bir nesnenin kapladığı alan miktarı veya miktarı, yoğunluğu ile ilgilidir. Bir malzemenin yoğunluğu, maddenin ne kadar yakından paketlendiği ve birim hacim başına kütlesi olarak temsil edildiğidir. Spesifik yer çekimi bir maddenin yoğunluğunun suyun yoğunluğu ile karşılaştırılmasıdır.
Bir malzemenin yoğunluğu, atomlarının atom ağırlığının ve atomların veya moleküllerin ne kadar sıkı bir şekilde paketlendiğinin bir kombinasyonudur. çeşitli elemanlar ve malzemelerin farklı doğal yoğunlukları vardır. Su, motor yağından daha yoğundur. 100 kilo tüy, 100 kilo çelikten çok daha fazla yer kaplasa da, ikisi de hala 100 kilo ağırlığındadır. Çelik, daha yoğun bir malzeme olduğu için boyut olarak daha ağırdır.
F Α = ρ x gV t,
burada F Α Arşimet kuvvetidir, ρ w vücudun daldırıldığı sıvının yoğunluğudur, g \u003d 9.8 m / s 2 V t vücudun hacmidir.
Daldırılan hacim değişirse, cisme etki eden kaldırma kuvveti de değişecektir. Sonra son formül diferansiyel biçimini alır:
dF Α = ρ x gdV t,
Ama yüzdürme merkezi nedir? Bu, yer değiştiren sıvının ağırlık merkezi olan noktadır. Şunlar. vücudun yerinde sıvı olsaydı, o zaman bu sıvı hacminin kendi ağırlık merkezi olurdu - bu yer vücudun kaldırma kuvvetinin merkezidir. Kaldırma merkezi, cismin daldırılan hacminin geometrik merkezinde bulunurken, ağırlık merkezi her zaman cismin geometrik merkezinde bulunmaz, çünkü içindeki yoğunluk sağlam vücut düzensiz dağılmış olabilir.
Bir katının yoğunluğunu sıvınınkiyle karşılaştırmak, bir cismin sıvı içinde yüzüp yüzmeyeceğini belirleyecektir. Bir malzemenin yoğunluğu, kütlesinin hacmine bölümüdür. Dolayısıyla tüy gibi bir malzeme aynı kütle veya ağırlık için çelik gibi daha yoğun bir malzemeden çok daha fazla yer kaplar.
içindeki suyun yoğunluğu metrik sistemi birim tanımına göre 1'dir: 1 santimetreküp su 1 gramdır. Yoğunluk bir cismin kütlesi ile ilgili olduğu için, belirli bir kurşun hacminin yoğunluğu hem Dünya'da hem de Ay'da aynı olacaktır, ancak daha düşük yerçekimi nedeniyle Ay'da kurşun daha az ağırlığa sahip olacaktır.
Yani, Arşimet kanunu aşağıdaki gibi formüle edilir: Bir sıvıya batırılan bir cisim, yer değiştiren sıvının ağırlığına eşit bir kuvvete maruz kalır ve cismin kaldırma kuvveti merkezine uygulanır.
Bir sıvıya daldırılmış bir cisme etki eden kuvvetlerin oranından elde etmek kolaydır. yüzer durum:
Eğer bir F t > FA, sonra vücut batar;
AT İngiliz sistemi Pound gerçekten de Dünya üzerinde bir ağırlık birimidir, kütle değil. Ancak yoğunluk hakkında bir fikir edinmek için yine de pound kullanabiliriz. Saf bir elementin doğal yoğunluğunu biliyorsanız ve bir cismin ağırlığını ve hacmini biliyorsanız, yoğunluğunu hesaplayabilir ve böylece onun saf bir element olup olmadığını belirleyebilirsiniz.
Malzemeleri su ile karşılaştırırken yoğunluk yerine genellikle özgül ağırlık kullanılır. Bir cismin yoğunluğunun suyun yoğunluğuna oranı, malzemenin özgül ağırlığı olarak tanımlanır. Özgül ağırlık genellikle suyla karıştırılmış sıvıları karşılaştırmak için kullanılır. Ayrıca içindeki asit miktarını belirlemek için kullanılır. pil senin araban.
Eğer bir F t< F А , sonra vücut yüzer;
Eğer bir F t \u003d FA, daha sonra vücut bu kuvvetlerin eşitlendiği seviyede yüzer.
Pirinç. 2 Olası hedefler
Şek. Şekil 1, Arşimet kuvvetinin dikey olarak yukarı doğru yönlendirildiğini göstermektedir. Ve vücut her taraftan sıvı ile yıkanırsa, F A'nın böyle bir yönü vardır. Ancak, durumda gövde ile alt arasında su tabakası olmadığında ( şunlar. gövde sıkıca altta yatıyor - bkz. Şekil 2 ), daha sonra Arşimet kuvveti alt yüzeye dik olarak yönlendirilir. .
Bir tahta parçasını suyun altında iterseniz, kuvvet onu yüzeceği üst yüzeye çeker. Aynı şekilde helyum dolu bir balonu tuttuğunuzda, balonu yukarı çeken bir kuvvet hissedebilirsiniz. Batık bir nesneyi yukarı doğru iten kuvvet, yerçekiminden kaynaklanan sıvı basıncının ve nesne ile sıvı arasındaki yoğunluk farkının sonucudur.
İfadeler ve Açıklamalar
Bir akışkanda herhangi bir derinlikte, tüm yönlerdeki basınç o derinlikle orantılıdır. Böylece 10 metredeki su basıncı, 5 metredeki basıncın iki katıdır. Su altındaki bir nesne, tepesinin derinliği ile orantılı olarak tepesinde aşağı doğru bir basınca sahip olacak ve dibinin derinliği ile orantılı olarak alt tarafında yukarı doğru bir basınca sahip olacaktır.
Şekil 3, yukarıdakileri doğrulayan bir deneyi göstermektedir.
Pirinç. 3 bahsi geçen açıklama. Bir cam kabın alt kısmı
ince bir parafin tabakası ile kaplanmıştır. üzerine koydular
pürüzsüz bir tabana sahip bir parça parafin ve dikkatlice
bir kaba su dökün. Bir parça parafin
yoğunluğuna rağmen su yüzeyine çıkar.
Cismin ağırlığı eşit hacimdeki sıvıdan daha fazlaysa, yani yoğunluğu daha büyükse, o zaman altındaki aşağı doğru basınç, yukarıdaki sıvının ağırlığı artı cismin ağırlığı olacaktır. Bu kuvvet, yalnızca suyun ağırlığından dolayı yukarıya doğru kuvvetten daha büyük olacaktır. Aşağı hareketin kuvveti yukarı hareketin kuvvetinden daha büyük olduğu için cisim aşağı doğru iner.
Bir örnek, suya atılan bir beton bloktur. Bloğun yoğunluğu veya özgül ağırlığı, suyunkinden daha büyüktür, bu nedenle bloğun tabanındaki ağırlıktan kaynaklanan basınç, suyun o noktadaki yukarı doğru basıncından daha büyük olacak ve batacaktır. Bir nesne yer değiştirdiği sıvıdan daha az ağırlığa sahipse ve sıvıya batarsa, yukarı doğru basınç aşağı doğru çekmeden daha büyük olacak ve yüzecektir.
suyun yoğunluğundan daha azdır. Gemiyi hafifçe eğmek,
bir parça parafin hareket ettirebilirsin
alt, ama yüzmüyor. Ancak, bir parça parafini alt yüzeyinin altına su girecek şekilde eğerseniz, kaldırma kuvveti parafinin dikey olarak yukarı doğru yüzmesine neden olur. Yumuşak zeminde yatan bir denizaltının, balast bölmeleri tamamen sudan arındırılmış olsa bile bazen ondan kopamadığı bilinmektedir. Bu aynı zamanda suyun, yere sıkıca bağlı olan teknenin gövdesinin altına girememesinden kaynaklanmaktadır.
Ahşap sudan daha az yoğundur. Suya atıldığında, yerinden çıkardığı su hacmine değil ağırlığına eşittir. Böylece, daha ağır olan su yerçekimi ile dibe çekilir ve ahşabı yukarı doğru iter. Bir cisim bir akışkan içinde yüzerken, hareket eden akışkanın ağırlığı cismin ağırlığına eşittir. Başka bir deyişle, suyun yüzeyinin yarısında yüzen bir tahta bloğun su ağırlığı, bloğun ağırlığına eşittir. Bloğun üstüne ağırlık eklerseniz, aynı ağırlıktaki su yer değiştirir.
Çelikten yapılmış tekneler veya gemiler oyuktur. Toplam ağırlık, yerinden çıkardığı sudan daha azdır ve bu nedenle gemi yüzer. Farklı sıvıların farklı yoğunlukları olabilir. Örneğin, pint yağı aynı hacimdeki sudan daha hafif olduğu için sudan daha az yoğundur. Farklı gazlar da farklı yoğunluklara sahip olabilir. Örneğin, helyum daha az yoğun olduğu için havadan daha hafiftir.
GEMİLERİN KARARLILIĞI
Stabilite, bir geminin gemiden çıkarıldıktan sonra denge konumuna geri dönme yeteneğidir. .
Denge konumlarının ne olduğunu hatırlayalım. Buna inanılıyor Bir cisme uygulanan tüm kuvvetlerin etkisi telafi edilirse dengededir. . Şunlar. dengede, vücut bir dinlenme durumunda veya düzgün ve doğrusal hareket halinde olmalıdır. Üç tür denge vardır:
Sıvılar ve gazlar yüzer durumdayken
Gemi, geminin ağırlığına eşit hacimde su ile yer değiştirecektir. Bu nedenle yüklü bir yük gemisi, yüksüz bir yük gemisine göre suda daha alçakta duracaktır. Fark, yükün ağırlığına eşit olacaktır. Farklı yoğunluktaki sıvıları eklediğinizde, yoğunluğu yüksek olan sıvı kabın dibine çökme eğilimi gösterir. Daha yoğun bir sıvı daha fazla baskı yerçekimi nedeniyle, böylece daha hafif malzemeyi yolundan dışarı iter. Bu nedenle petrol suyun üzerinde yüzer ve hava kabarcıkları da suya yükselir.
sürdürülebilir, kararsız ve kayıtsız. Şekil 4, aralarındaki farkı açıkça göstermektedir. Şekil 4(a), içine küçük bir top yerleştirilmiştir.
Pirinç. 4 Denge türleri içbükey yarım küre. sen onun isen
a). b). içinde). kendini ver, o
en alçak noktada dur
İlginç bir gözlem, gölün dibinde başlayan baloncukların yüzeye yaklaştıkça daha da büyümesidir. Bunun nedeni, su basıncının yükseldiğinde daha az olmasıdır. Bu, suyun farklı derinliklerine yerleştirilmiş havayla dolu bir balon için de geçerlidir.
Nasıl ki hava dolu bir balon yer değiştirdiği sudan çok daha az yoğunsa ve suyun ağırlığı veya basıncı balonu suyun üstüne itiyorsa, helyum dolu bir balon da havanın hacminden daha hafiftir ve bu nedenle atmosfere yükselir.
karşılık gelen yarım küre
kararlı kararsız kayıtsız denge pozisyonu. Ve eğer
top bu pozisyondan dışarı sarkacak, yine de ve dışarıdan yardım almadan oraya dönecektir. Böyle bir dengeye kararlı denir. Ve Şekil 4(b) de dengeyi gösterir: top yarım kürenin en yüksek noktasında bulunur, ancak ona dokunduğunuz anda denge konumundan ayrılacak ve kendi kendine geri dönmeyecektir. Böyle bir denge istikrarsızdır.
Bir sıvının içinde yüzmeyen ve o sıvıya daldırıldığında o nesneyi tartmayan bir nesne koyarsanız, havadaki ağırlığı eksi hareket ettirdiği sıvının ağırlığını tartacaktır. Başka bir deyişle, bir tuğlayı ağzına kadar doldurulmuş bir kovaya koyarsanız ve tuğlayı su içinde tartarsanız, ölçülen ağırlık tuğlanın havadaki ağırlığı eksi kovadan taşan suyun ağırlığı olacaktır.
Batan cisimler sıvı içinde hacimlerini değiştirirler. Bir cismin yoğunluğu, birim hacim başına kütlesidir. Yoğunluğu sıvıdan az olan cisimler yüzer. Bunun nedeni, cismin kütlesinin aşağı doğru basıncının, o derinlikteki sıvının yukarı doğru basıncından daha az olmasıdır.
Şimdi istikrarın nasıl çalıştığına bir göz atalım. Gemiler ve gemiler için, seyir sırasında dengelerinin dengesi (gemilerin dengesi) sorunu son derece önemlidir. Kargonun gemiye düzgün bir şekilde dağıtılmaması durumunda alabora olabileceği bilinmektedir. Kararlılık sorunu, seyir güvenliği sorunudur.
Bir geminin (veya geminin) dengeli bir denge durumunda olması için, ağırlık merkezi C ve kaldırma kuvveti merkezi A aynı düşey üzerinde bulunmalıdır.
Kısmen veya tamamen sıvı veya gaz içine daldırılmış katı bir cismin denge durumuna yüzer denir. Navigasyon teorisi, esas olarak, bir sıvıya batırılmış bir cismin denge konumlarının belirlenmesi ve dengenin stabilitesi için koşulların oluşturulması ile bağlantılıdır. Arşimet ilkesi, cisimlerin yüzmesi için en basit koşulu verir.
Çift, vücudu bir denge konumuna döndürmeye çalıştığında, denge sabittir; aksi halde kararsızdır. Dengenin kararlılığı, metamerkezin konumu ile değerlendirilebilir. Taşın suya battığını kesin olarak biliyorsun ama tahta parçası yüzüyor. Peki ya bir madeni para, bir parça strafor, bir çiğ tavuk yumurtası, bir domates, bir parça patates ya da bir buruşuk top?
DENİZALTILARIN KARARLILIĞI
Su altındaki bir cismin dengesinin stabilitesini düşünün - örneğin bir denizaltı.
Pirinç. 5 Denizaltıların kararlılığı
Şekil 5(a), bir denizaltının şematik bir temsilidir (kesit olarak).
Üzerinde iki kuvvet etki eder: Birbirini dengeleyen Arşimet kuvveti ve yerçekimi. Kaldırma merkezinin A ağırlık merkezinin C üzerinde yer aldığına dikkat edin. Kaldırma merkezi ağırlık merkezinin altında olsaydı, denge kararsız olurdu.
Yüzme için hangi nitelikler önemli olabilir?
- Önce tahmininizi tabloya koyun.
- Ardından, tahmininizin doğru olup olmadığını grubunuzla kontrol edin ve cevabı yazın!
Cismin suda yüzüyor olmasının ne önemi var? Artık, bir cismin suda yüzmesi veya batması konusunda kütlenin bir rol oynadığını keşfettiniz. Aynı küpler aynı şekle, ancak farklı bir kütleye sahiptir. Dibe yüzebilir veya batabilirsiniz. Şimdi nesnelerin şekline ve kütlesine baktık ve bazıları deney yaptı. Neden bir vücut yüzer ve diğeri yüzemez?
Eğilme sırasında (Şekil 5 (b)) bu iki kuvvet denizaltıya hala aynı yönlerde etki eder, ancak bu sefer C ve A noktaları aynı düşeyde bulunmaz ve kuvvet eksenleri iki paralel çizgi üzerindedir. ve tekneyi orijinal konumuna döndürecek bir çift kuvvet oluşturun. Bu durumda kaldırma kuvvetinin merkezi A, bir asma noktasının rolünü oynar.
Arşimet Prensibi nasıl çalışır? Her cismin belirli bir şekli ve kütlesi vardır. Kütle kilogram cinsinden ölçülür. Vücut kütlesini suyun yüzeyine bastırır. Yerçekimi etkisi altında suya batar. Daldırıldığında, su parçacıkları aşağı ve yanlara doğru bastırılır. Ortaya çıkan kuvvete fizikçinin ağırlığı denir. Ortamın parçacıkları karşı tepki geliştirir.
Bir cismin su üzerinde yüzüp yüzmemesi, kaldırma kuvveti ile ağırlık arasındaki ilişkiye bağlıdır. Benzer girişimlerde bulundu ve bunları kanunda formüle etti. Bunlar: Bir ortamdaki bir cismin kaldırma kuvveti, ortam tarafından yer değiştiren cismin kütlesi kadar büyüktür. Bu arada, ünlü Yunanlının keşfi de gazlarla çalışıyor. Yoğunluğu havadan daha düşük olan her şey uçar. Hava ile aynı yoğunluğa sahip olan her şey yüzer ve yoğunluğu daha yüksek olan nesneler yerde kalır. Bu, bir bardağa su doldurup bir kaseye koyarak ölçülebilir.
GEMİLERİN KARARLILIĞI
Bir sıvının yüzeyinde yüzen bir cismin dengesinin kararlılığı için koşullar tamamen farklı olacaktır, çünkü bir gövde (örneğin bir gemi) yatırıldığında, yer değiştiren hacmin şekli değişir ve sonuç olarak gemiye göre yüzdürme merkezinin konumu değişir (bkz. Şekil 6). örneğin sağa yanaşırken (Şekil 6 (b)) yer değiştiren suyun çoğu geminin kendi ekseninin sağında yer alacak ve sonuç olarak yüzdürme merkezi aynı tarafa kayacaktır.
Pirinç. 6 Gemilerin stabilitesi
a). b).
Şekilde görülebileceği gibi, burada stabilite sorunu, yana yatarken kaldırma kuvveti A merkezinin ve C ağırlık merkezinin göreli konumuna bağlıdır.
M noktası, geminin çapsal düzleminin Arşimet kuvvetinin ekseni ile kesişme noktasıdır - metamerkez olarak adlandırılır. Metamerkez ağırlık merkezinin üzerindeyse, FA ve G kuvvetleri çifti gemiyi orijinal konumuna döndürür, dolayısıyla denge stabildir. Burada, askı noktasının rolü metamerkez M tarafından oynanır. Metamerkezin konumunun, geminin yuvarlanma açısındaki bir değişiklikle değiştiğine dikkat edin.
M metamerkezinin C ağırlık merkezinden uzaklığına metasantrik yükseklik denir.. Bu kavramı kullanarak, formüle edilebilir
GEMİ KARARLILIK DURUMU:
Bir sıvıdaki farklı nesneler farklı davranır. Bazıları batar, diğerleri yüzeyde kalır ve yüzer. Bunun neden olduğunu, çok olağandışı koşullar altında keşfettiği ve hidrostatiğin temel yasası haline gelen Arşimet yasasını açıklıyor.
Arşimet yasasını nasıl keşfetti?
Efsane bize Arşimet'in yasasını tesadüfen keşfettiğini söyler. Ve bu keşif, aşağıdaki olaydan önce geldi.
270-215'te hüküm süren Syracuse Kralı Hieron. M.Ö., kuyumcunun kendisine sipariş ettiği altın taca belirli bir miktar gümüş karıştırdığından şüpheleniyordu. Şüpheleri gidermek için Arşimet'ten şüphelerini doğrulamasını veya reddetmesini istedi. Gerçek bir bilim adamı olarak Arşimet bu görevden büyülenmişti. Bunu çözmek için tacın ağırlığını belirlemek gerekiyordu. Ne de olsa, içine gümüş karıştırılırsa, ağırlığı saf altından yapılmış olsaydı olacağından farklı olurdu. Altının özgül ağırlığı biliniyordu. Ama tacın hacmi nasıl hesaplanır? Sonuçta, düzensiz bir geometrik şekle sahipti.
Efsaneye göre, bir gün Arşimet banyo yaparken çözmesi gereken bir problem hakkında düşünüyordu. Aniden, bilim adamı, içine daldıktan sonra banyodaki su seviyesinin yükseldiğini fark etti. Yükseldikçe su seviyesi düştü. Arşimet, bedeniyle banyodan belirli bir miktar su çıkardığını fark etti. Ve bu suyun hacmi kendi vücudunun hacmine eşitti. Ve sonra sorunu taçla nasıl çözeceğini anladı. Sadece suyla dolu bir kaba daldırmak ve yer değiştiren suyun hacmini ölçmek yeterlidir. Bir "Eureka!" çığlığıyla çok sevindiğini söylüyorlar. (“Buldum!”) giyinmeden banyodan fırladı.
Bunun doğru olup olmadığı önemli değil. Arşimet, karmaşık geometrik şekillere sahip cisimlerin hacmini ölçmenin bir yolunu buldu. Önce özelliklere dikkat çekti fiziksel bedenler yoğunluk olarak adlandırılan, birbirleriyle değil, suyun ağırlığı ile karşılaştırarak. Ama en önemlisi, açıktı. kaldırma prensibi .
Arşimet Yasası
Böylece, Arşimet, bir sıvıya batırılmış bir cismin, cismin hacmine eşit bir sıvı hacmini değiştirdiğini tespit etti. Vücudun sadece bir kısmı sıvıya daldırılırsa, hacmi yalnızca daldırılan kısmın hacmine eşit olacak şekilde sıvının yerini alacaktır.
Ve sıvının içinde vücudun kendisine etki eden ve onu yüzeye iten bir kuvvet. Değeri, yerini aldığı sıvının ağırlığına eşittir. Bu kuvvet denir Arşimet'in gücü .
Bir sıvı için Arşimet yasası şöyle görünür: Bir sıvıya batırılan bir cisim, vücut tarafından yer değiştiren sıvının ağırlığına eşit bir yukarı kaldırma kuvvetine maruz kalır.
Arşimet kuvvetinin büyüklüğü şu şekilde hesaplanır:
FA = ρ ɡ V ,
nerede ρ sıvının yoğunluğu,
ɡ - yerçekimi ivmesi
V - bir sıvıya batırılmış bir cismin hacmi veya bir cismin hacminin sıvı yüzeyinin altındaki kısmı.
Arşimet kuvveti her zaman hacmin ağırlık merkezine uygulanır ve yerçekimi kuvvetinin tersine yönlendirilir.
Bu yasanın yerine getirilmesi için bir koşulun gözetilmesi gerektiği söylenmelidir: vücut ya sıvının sınırıyla kesişir ya da her taraftan bu sıvı tarafından çevrelenir. Altta yatan ve hava geçirmez şekilde ona dokunan bir cisim için Arşimet yasası geçerli değildir. Yani bir yüzü dibe yakın temasta olacak bir küpü tabana koyarsak, ona Arşimet yasasını uygulayamayız.
Arşimet kuvveti de denir Kaldırma kuvveti .
Bu kuvvet, doğası gereği, sıvının yanından, içine daldırılan cismin yüzeyine etki eden tüm basınç kuvvetlerinin toplamıdır. Kaldırma kuvveti, sıvının farklı seviyelerindeki hidrostatik basınç farkından kaynaklanır.
Bu kuvveti küp veya paralelkenar şeklinde bir cisim örneğinde düşünün.
P2- P1 = ρ ɡ h
F A \u003d F 2 - F 1 \u003d ρɡhS \u003d ρɡhV
Arşimet ilkesi gazlar için de geçerlidir. Ancak bu durumda kaldırma kuvvetine kaldırma denir ve bunu hesaplamak için formüldeki sıvının yoğunluğu gazın yoğunluğu ile değiştirilir.
Vücut yüzer durum
Yerçekimi değerlerinin ve Arşimet kuvvetinin oranı, vücudun yüzeceğini, batacağını veya yüzeceğini belirler.
Arşimet kuvveti ve yerçekimi kuvveti büyüklük olarak eşitse, sıvıdaki cisim yüzmediğinde veya batmadığında denge durumundadır. Sıvı içinde yüzdüğü söylenir. Bu durumda F T = FA .
Yerçekimi kuvveti Arşimet'in kuvvetinden büyükse, cisim batar veya batar.
Burada F T ˃ FA.
Ve yerçekimi değeri Arşimet'in kuvvetinden küçükse cisim yüzer. ne zaman olur F T˂ FA .
Ama sonsuza kadar ortaya çıkmaz, sadece yerçekimi kuvveti ile Arşimet kuvvetinin eşit olduğu ana kadar ortaya çıkar. Bundan sonra, vücut yüzer.
Neden tüm bedenler batmaz
Aynı şekil ve büyüklükteki biri plastik diğeri çelik olan iki çubuğu suya koyarsanız, çelik çubuğun batacağını, plastik olanın ise suda kalacağını görebilirsiniz. Aynı boyut ve şekle sahip ancak ağırlıkları farklı olan plastik ve metal toplar gibi başka nesneler alırsanız aynı olacaktır. Metal top batacak ve plastik olan yüzecek.
Peki plastik ve çelik çubuklar neden farklı davranıyor? Sonuçta hacimleri aynı.
Evet, hacimler aynıdır, ancak çubukların kendileri farklı yoğunluklara sahip farklı malzemelerden yapılmıştır. Ve eğer maddenin yoğunluğu suyun yoğunluğundan fazla ise, o zaman çubuk batar ve eğer daha az ise, suyun yüzeyine gelinceye kadar yüzer. Bu sadece su için değil, diğer sıvılar için de geçerlidir.
Cismin yoğunluğunu belirtirsek P t ve bulunduğu ortamın yoğunluğu, not , o zaman eğer
P t Ps (vücudun yoğunluğu sıvının yoğunluğundan daha yüksektir) - cisim batar,
Pt = Ps (cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğuna eşittir) - vücut sıvı içinde yüzer,
P t ˂ Ps (cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğundan azdır) - cisim yüzeye ulaşana kadar yüzer. Bundan sonra yüzer.
Arşimet yasası, ağırlıksızlık durumunda bile yerine getirilmez. Bu durumda, yerçekimi alanı ve dolayısıyla serbest düşüşün ivmesi yoktur.
Bir sıvıya daldırılan bir cismin daha fazla yükselmeden veya batmadan dengede kalma özelliğine denir. yüzdürme .
