مبدأ أرخميدس: التاريخ والصيغة

ا المبدأفيأرخميدس يدعي أن قوة الطفو يعمل بشكل عمودي وأعلى على الأجسام المغمورة كليًا أو جزئيًا سوائلعلاوة على ذلك ، وفقًا لهذا المبدأ ، فإن هذه القوة لها نفس قيمة وزن السائل ، الذي يتم إزاحته عن طريق إدخال الجسم.

نظرةأيضا: علم السوائل المتحركة - كل ما تحتاج إلى معرفته: الصيغ والأمثلة والتمارين

تاريخ مبدأ أرخميدس

أرخميدس من سيراكيوز كانت واحدة من أكبر الشركات علماء الرياضيات والمخترعين في كل العصور ، كان اكتشافه الأكثر شهرة هو الخضوع لفيالطفو. وفقًا للأسطورة ، اكتشف أرخميدس مبدأ الطفو أثناء الاستحمام في حوض الاستحمام الخاص به.

في تلك المناسبة ، أدرك أن أربعة حجمالخامسفيماءتتدفق من حوض الاستحمام الخاص بك كان مساويًا لحجم جسده المغمور. وفقًا للقصة ، كان أرخميدس متحمسًا جدًا لاكتشافه لدرجة أنه قفز من حوض الاستحمام الخاص به وركض عارياً في الشوارع وهو يصرخ "يوريكا ،وأوريكا! (تعبير يوناني عن وجود حكيم لشيء ما).

ويفيد سرد آخر أن أرخميدس كان قد طلب من قبل الملك هيرون الثاني للتحقيق في تكوين التاج الذي كلفه. أمر الملك أن يصنع تاجه من الذهب الخالص ، ولكن عند استلامه اشتبه في إمكانية استخدام معادن أخرى في تشكيله. لتوضيح شكوكه ، طلب من أرخميدس معرفة ما إذا كان تاجه من الذهب الخالص أم لا.

قام أرخميدس على التوالي بغمس التاج وجسمين ضخمين ، مصنوعين من الذهب الخالص والفضة ، في إناء مليء بالماء. الأوزان كانوا بالضبط نفس التاج. من خلال القيام بذلك ، أدرك ذلك انسكب التاج سائل أقل من الذهب ، لكن أكثر السائل من الفضة ، مما يشير إلى ذلك هل هو هناك لا كانت مكونة من الذهب الخالص.

الحجم الذي يتدفق من الحاوية يساوي حجم الجسم المغمور.

الطفو ومبدأ أرخميدس

بالنسبة الى مبدأ أرخميدس:

"أي جسم مغمور كليًا أو جزئيًا في سائل أو سائل ، يتم دفعه بقوة مساوية لوزن السائل الذي أزاحه الجسم."

كما رأينا ، القوة التي وصفها مبدأ أرخميدس تُعرف الآن باسم قوة الطفو. هذه القوة ، في الوحدة ، تساوي وزن السائل الذي ينزاح عندما ندخل فيه جسمًا. هذه هي القوة التي تجعل السفن لا تغرق أو حتى أننا قادرون على ذلك تطفو على الماء.

وزن السائل المزاح يساوي وزن جزء الجسم المغمور.

صيغة الدفع

نعلم أن الطفو يساوي وزن السائل الذي أزاحه وجود جسم مغمور. ومع ذلك ، إذا تذكرنا ملف العلاقة بين معكرونة من السائل الخاص بك كثافة وحجمه، يمكننا كتابة قوة الطفو بدلالة هذه عظمة، مما يسهل حساب هذه القوة. الصيغة المستخدمة لحساب قوة الطفو موضحة في الشكل التالي ، تحقق منها:

و - التوجه (N)
د - كثافة السوائل (كجم / م 3)
ز - تسارع الجاذبية (م / ث²)
الخامس - حجم السائل المزاح (m³)

فيما يتعلق بالصيغة السابقة ، من المهم أن تتذكر أن حجم السائل المزاح يعادل الحجم المغمور للجسم ، بالإضافة إلى ذلك ، تذكر أن الكثافة المستخدمة في الصيغة تشير إلى كثافةمنسائل وليس الشيء المغمور.

نرى أيضا:مبدأ باسكال - التعريف والصيغ والأمثلة والتطبيقات والتمارين

تمارين على مبدأ أرخميدس

السؤال 1) (Enem) أثناء أعمال البناء في نادٍ ، كان على مجموعة من العمال إزالة تمثال حديدي ضخم وُضِع في قاع حوض سباحة فارغ. قام خمسة عمال بربط الحبال بالنحت وحاولوا سحبها لكن دون جدوى. إذا امتلأ المسبح بالماء ، فسيكون من السهل على العمال إزالة التمثال لأنه:

أ) النحت سوف يطفو. بهذه الطريقة ، لن يحتاج الرجال إلى بذل جهد لإزالة التمثال من الأسفل.
ب) سيكون النحت أخف وزناً ، وبهذه الطريقة تكون شدة القوة المطلوبة لرفع التمثال أقل.
ج) سيؤثر الماء على التمثال بقوة تتناسب مع كتلته فأعلى. ستضاف هذه القوة إلى القوة التي يستخدمها العمال لإلغاء تأثير قوة وزن التمثال.
د) سيؤثر الماء بقوة على التمثال ، وسيتلقى قوة صاعدة من أرضية البركة. ستساعد هذه القوة في إلغاء تأثير قوة الوزن في التمثال.
هـ) سيؤثر الماء على التمثال بقوة تتناسب مع حجمه وما فوق. ستضيف هذه القوة إلى ما يفعله العمال ، وقد ينتج عنها قوة تصاعدية أكبر من وزن التمثال.

قالب: الحرف هـ

القرار:

تعتمد القوة التي تمارسها مياه البركة على التمثال على حجمه. هذه القوة ، بدورها ، تعمل في الاتجاه الرأسي ، وتشير إلى الأعلى ، وتساوي ، في الوحدة ، وزن الماء الذي أزاحه التمثال ، مما يسهل إزالته ، وبالتالي ، فإن البديل الصحيح هو الحرف هـ.

السؤال 2) (UPF) يُظهر الشريط أدناه جبلًا جليديًا مغمورًا في حجمه جزئيًا (9/10 من حجمه الإجمالي) في مياه البحر. بالنظر إلى أن كثافة مياه البحر هي 1.0 جم / سم مكعب ، تحقق من البديل الذي يشير إلى كثافة الجليد ، بوحدة جم / سم مكعب ، الذي يتكون من الجبل الجليدي.

أ) 0.5
ب) 1.3
ج) 0.9
د) 0.1
هـ) 1

قالب: الحرف ج

القرار:

نظرًا لأن وزن الجبل الجليدي يساوي وزن الماء الذي أزاحه الجبل الجليدي نفسه ، يجب إجراء الحساب التالي:

السؤال 3) (UFPR) جسم صلب كتلته 600 جم وحجمه 1 لتر مغمور جزئيًا في سائل ، بحيث يتم غمر 80٪ من حجمه. بالنظر إلى العجلة الناتجة عن الجاذبية التي تساوي 10 م / ث² ، حدد البديل الذي يمثل الكتلة المحددة للسائل.

أ) 0.48 جم / سم مكعب
ب) 0.75 جم / سم مكعب
ج) 0.8 جم / سم مكعب
د) 1.33 جم / سم مكعب
هـ) 1.4 جم / سم مكعب

تعليق: حرف الباء

القرار:

أولًا ، علينا أن نتذكر أنه إذا كان الجسم عائمًا ، فإن وزنه يساوي قوة الطفو ، لذلك:

بقلم رافائيل هيلربروك
مدرس الفيزياء

مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/principio-arquimedes.htm