የፊኛዎች በረራ እና የመርከቦችን እንቅስቃሴ በባህር ወለል ላይ ሲመለከቱ ብዙ ሰዎች ይገረማሉ፡- እነዚህ ተሽከርካሪዎች ወደ ሰማይ እንዲወጡ የሚያደርጋቸው ወይም እነዚህን ተሽከርካሪዎች በውሃው ላይ እንዲቆዩ የሚያደርጋቸው ምንድን ነው? የዚህ ጥያቄ መልስ ተንሳፋፊነት ነው. በጽሁፉ ውስጥ ጠለቅ ብለን እንየው።
ፈሳሾች እና የማይንቀሳቀስ ግፊት በውስጣቸው
ፈሳሽ የቁስ አካል ሁለት ድምር ግዛቶች ናቸው፡ ጋዝ እና ፈሳሽ። ማንኛውም የታንጀንቲል ኃይል በእነሱ ላይ የሚያሳድረው ተጽእኖ አንዳንድ የቁስ ንጣፎች ወደሌሎች አንጻራዊ በሆነ መልኩ እንዲሸጋገሩ ያደርጋል፣ ማለትም፣ ቁስ አካል መፍሰስ ይጀምራል።
ፈሳሾች እና ጋዞች አንደኛ ደረጃ ቅንጣቶችን (ሞለኪውሎችን፣ አተሞችን) ያቀፈ ሲሆን እነዚህም በህዋ ላይ የተወሰነ ቦታ የላቸውም፣ ለምሳሌ፣ በጠጣር ውስጥ። በየጊዜው በተለያዩ አቅጣጫዎች ይንቀሳቀሳሉ. በጋዞች ውስጥ, ይህ የተዘበራረቀ እንቅስቃሴ ከፈሳሾች የበለጠ ኃይለኛ ነው. በተጠቀሰው እውነታ ምክንያት ፈሳሽ ንጥረነገሮች በእነሱ ላይ የሚደርሰውን ጫና በሁሉም አቅጣጫዎች (የፓስካል ህግ) በእኩልነት ሊያስተላልፉ ይችላሉ.
በህዋ ላይ ያሉ ሁሉም የእንቅስቃሴ አቅጣጫዎች እኩል ስለሆኑ በማንኛውም አንደኛ ደረጃ ላይ ያለው አጠቃላይ ጫናበፈሳሹ ውስጥ ያለው መጠን ዜሮ ነው።
በጥያቄ ውስጥ ያለው ንጥረ ነገር በስበት መስክ ላይ ለምሳሌ በመሬት ስበት መስክ ውስጥ ከተቀመጠ ሁኔታው በከፍተኛ ሁኔታ ይለወጣል። በዚህ ሁኔታ, እያንዳንዱ የፈሳሽ ወይም የጋዝ ሽፋን በታችኛው ሽፋኖች ላይ የሚጫንበት የተወሰነ ክብደት አለው. ይህ ግፊት የማይንቀሳቀስ ግፊት ይባላል. ከጥልቀቱ ጋር ቀጥተኛ መጠን ይጨምራል ሸ. ስለዚህ, ፈሳሽ በሆነ መጠን ρl, የሃይድሮስታቲክ ግፊት P በቀመር:
ይወሰናል.
P=ρlgh።
እዚህ g=9.81 m/s2- ነፃ የውድቀት ፍጥነት በፕላኔታችን ወለል አጠገብ።
የሃይድሮስታቲክ ግፊት ቢያንስ አንድ ጊዜ ብዙ ሜትሮችን በውሃ ውስጥ በሰጠ ሰው ሁሉ ተሰምቷል።
በመቀጠል፣ በፈሳሽ ምሳሌ ላይ የመንሳፈፍ ጉዳይን አስቡበት። የሆነ ሆኖ፣ ሁሉም የሚሰጡት መደምደሚያዎች ለጋዞችም ዋጋ ያላቸው ናቸው።
የሃይድሮስታቲክ ግፊት እና የአርኪሜዲስ ህግ
የሚቀጥለውን ቀላል ሙከራ እናዋቅር። መደበኛ የጂኦሜትሪክ ቅርጽ አካልን እንውሰድ, ለምሳሌ, ኩብ. የኩባው ጎን ርዝመት ሀ. የላይኛው ፊቱ ጥልቀት ላይ እንዲሆን ይህን ኩብ ውሃ ውስጥ እናስጠምቀው ሸ. ውሃው በኩብ ላይ ምን ያህል ጫና ያሳድራል?
ከላይ ያለውን ጥያቄ ለመመለስ በእያንዳንዱ የምስሉ ገጽታ ላይ የሚሰራውን የሃይድሮስታቲክ ግፊት መጠን ግምት ውስጥ ማስገባት ያስፈልጋል። በግልጽ ለማየት እንደሚቻለው, በሁሉም የጎን ፊቶች ላይ የሚሠራው አጠቃላይ ግፊት ከዜሮ ጋር እኩል ይሆናል (በግራ በኩል ያለው ግፊት በቀኝ በኩል ባለው ግፊት ይከፈላል).በላይኛው ፊት ላይ ያለው የሃይድሮስታቲክ ግፊት፡
ይሆናል
P1=ρlgh።
ይህ ግፊት ወደ ታች ነው። ተጓዳኝ ሃይሉ፡
ነው
F1=P1S=ρlghS.
S የአንድ ካሬ ፊት ስፋት የት ነው።
ከሀይድሮስታቲክ ግፊት ጋር የተያያዘው ሃይል፣በኩቤው ግርጌ ፊት ላይ የሚሰራ፣ከዚህ ጋር እኩል ይሆናል፡
F2=ρlg(h+a)S.
F2ሀይል ወደ ላይ ይመራል። ከዚያም የሚፈጠረው ኃይል ወደ ላይ ይመራል. ትርጉሙ፡
F=F2- F1=ρlg(h+a)S - ρlghS=ρlgaS.
የጠርዙ ርዝማኔ እና የአንድ ኪዩብ የፊት አካባቢ S ምርት መጠን V መሆኑን ልብ ይበሉ።
F=ρlgV.
ይህ የተንሳፋፊ ሃይል ፎርሙላ የኤፍ ዋጋ በሰውነቱ ጥልቀት ላይ የተመሰረተ እንዳልሆነ ይናገራል። የሰውነቱ ቪ መጠን ከፈሳሹ Vl ፈሳሽ መጠን ጋር ስለሚዛመድ፡-
መጻፍ እንችላለን፡-
FA=ρlgVl።
የተንሳፋፊ ሃይል ቀመር FA በተለምዶ የአርኪሜዲስ ህግ ሒሳባዊ መግለጫ ይባላል። ለመጀመሪያ ጊዜ የተመሰረተው በጥንታዊ ግሪክ ፈላስፋ በ 3 ኛው ክፍለ ዘመን ዓክልበ. የአርኪሜዲስን ህግ በሚከተለው መልኩ ማዘጋጀት የተለመደ ነው፡- አንድ አካል በፈሳሽ ንጥረ ነገር ውስጥ ከተጠመቀ በአቀባዊ ወደ ላይ ያለው ሃይል በእሱ ላይ ይሠራል ይህም በሰውነት የሚፈናቀለው ነገር ክብደት ጋር እኩል ነው።ንጥረ ነገሮች. ተንሳፋፊው ሃይል የአርኪሜዲስ ሃይል ወይም የማንሳት ሃይል ተብሎም ይጠራል።
በፈሳሽ ንጥረ ነገር የተጠመቁ ጠንካራ አካል ላይ የሚሰሩ ሃይሎች
ሰውነት ይንሳፈፋል ወይም ይሰምጣል የሚለውን ጥያቄ ለመመለስ እነዚህን ሃይሎች ማወቅ አስፈላጊ ነው። በአጠቃላይ ሁለቱ ብቻ ናቸው፡
- ስበት ወይም የሰውነት ክብደት Fg;
- የሚንቀሳቀሰው ኃይል FA።
Fg>FA ከሆነ ሰውነቱ ይሰምጣል ማለት ምንም ችግር የለውም። በተቃራኒው Fg<FA ከሆነ ሰውነቱ ከቁስ አካል ጋር ይጣበቃል። እሱን ለመስጠም የውጭ ሃይል FA-Fg።
ማመልከት ያስፈልግዎታል።
የተሰየሙትን ሃይሎች ቀመሮችን በተጠቀሱት አለመመጣጠኖች በመተካት አንድ ሰው ለሰውነት ተንሳፋፊ የሂሳብ ሁኔታ ማግኘት ይችላል። ይህን ይመስላል፡
ρs<ρl።
እዚህ ρs የሰውነት አማካኝ እፍጋት ነው።
ከላይ ያለው ሁኔታ የሚያስከትለውን ውጤት በተግባር ማሳየት ቀላል ነው። ሁለት የብረት ኪዩቦችን መውሰድ በቂ ነው, አንደኛው ጠንካራ እና ሌላኛው ደግሞ ባዶ ነው. ወደ ውሃው ከጣልካቸው የመጀመሪያው ይሰምጣል፣ ሁለተኛው ደግሞ በውሃው ላይ ይንሳፈፋል።
በተግባር ተንሳፋፊነት መጠቀም
በውሃ ላይ ወይም በውሃ ስር የሚንቀሳቀሱ ሁሉም ተሽከርካሪዎች የአርኪሜዲስን መርህ ይጠቀማሉ። ስለዚህ የመርከቦች መፈናቀል በከፍተኛው ተንሳፋፊ ኃይል እውቀት ላይ ተመስርቶ ይሰላል. የባህር ሰርጓጅ መርከቦች እየተቀየሩ ነው።አማካኝ እፍጋታቸው በልዩ የባላስት ክፍሎች እገዛ ሊንሳፈፍ ወይም ሊሰምጥ ይችላል።
የሰውነት አማካኝ ጥግግት ለውጥ ቁልጭ ምሳሌ የህይወት ጃኬቶችን በአንድ ሰው መጠቀም ነው። አጠቃላይ ድምጹን በከፍተኛ ሁኔታ ይጨምራሉ እና በተመሳሳይ ጊዜ በተግባር የአንድን ሰው ክብደት አይለውጡም።
የፊኛ ወይም በሂሊየም የተሞሉ የህፃናት ፊኛዎች በሰማይ ላይ መውጣታቸው የተንሳፋፊው የአርኪሜዲያን ሃይል ዋና ምሳሌ ነው። መልክው በሞቃት አየር ወይም በጋዝ እና በቀዝቃዛ አየር ጥግግት መካከል ባለው ልዩነት ምክንያት ነው።
የአርኪሜዲያን ኃይል በውሃ ውስጥ የማስላት ችግር
የባዶው ኳስ ሙሉ በሙሉ በውሃ ውስጥ ገብቷል። የኳሱ ራዲየስ 10 ሴ.ሜ ነው የውሃውን ተንሳፋፊነት ለማስላት አስፈላጊ ነው.
ይህን ችግር ለመፍታት ኳሱ ከየትኛው ቁሳቁስ እንደተሰራ ማወቅ አያስፈልገዎትም። የእሱን መጠን መፈለግ ብቻ አስፈላጊ ነው. የኋለኛው በቀመር ይሰላል፡
V=4/3pir3.
ከዚያ የአርኪሜዲያን የውሃ ኃይልን ለመወሰን መግለጫው እንደሚከተለው ይጻፋል፡-
FA=4/3pir3ρlግ።
የኳሱን ራዲየስ እና የውሃ እፍጋት (1000 ኪ.ግ/ሜ3) በመተካት የተንሳፋፊነት ሃይል 41.1 N.
ሆኖ እናገኛለን።
የአርኪሜዲያን ኃይሎችን የማወዳደር ችግር
ሁለት አካላት አሉ። የመጀመርያው መጠን 200 ሴሜ3 ሲሆን ሁለተኛው 170 ሴሜ3 ነው። የመጀመሪያው አካል በንጹህ ኤቲል አልኮሆል ውስጥ, እና ሁለተኛው በውሃ ውስጥ ተጠልፏል. በእነዚህ አካላት ላይ የሚንቀሳቀሱ ተንሳፋፊ ኃይሎች ተመሳሳይ መሆናቸውን ማወቅ ያስፈልጋል።
ተዛማጁ የአርኪሜዲያን ኃይሎች በሰውነቱ መጠን እና በፈሳሹ እፍጋት ላይ ይወሰናሉ። ለውሃ ፣ ጥግግቱ 1000 ኪ.ግ / ሜትር3፣ ለኤቲል አልኮሆል 789 ኪ.ግ / ሜትር3 ነው። እነዚህን መረጃዎች በመጠቀም በእያንዳንዱ ፈሳሽ ውስጥ ያለውን ተንሳፋፊ ኃይል ያሰሉ፡
ለውሃ፡ FA=100017010-69፣ 81 ≈ 1፣ 67 N;
ለአልኮል፡ FA=78920010-69፣ 81 ≈ 1፣ 55 N.
ስለዚህ በውሃ ውስጥ የአርኪሜዲያን ኃይል ከአልኮል በ0.12N ይበልጣል።
