או עִקָרוֹןבארכימדס טוען שכוחו של צִיפָה פועל אנכית ומעלה על גופים שקועים לחלוטין או חלקית נוזליםיתר על כן, על פי עיקרון זה, לכוח כזה יש ערך זהה למשקל הנוזל, שנעקר מהכנסת הגוף.
תראהגַם: הידרוסטטיקה - כל מה שצריך לדעת: נוסחאות, דוגמאות ותרגילים
היסטוריה של עקרון ארכימדס
ארכימדס מסירקיוז היה אחד הגדולים מתמטיקאים והממציאים בכל הזמנים, עם זאת, התגלית המפורסמת ביותר שלו הייתה כוחבצִיפָה. על פי האגדה, ארכימדס גילה את עיקרון הציפה בזמן שהתרחץ באמבטיה שלו.
באותה הזדמנות הוא הבין שה- כרךבמיםזורם החוצה מהאמבטיה שלך היה שווה לנפח השקוע בגופו שלו. על פי הסיפור, ארכימדס היה כל כך מתרגש מגילויו שהוא קפץ מהאמבטיה שלו ורץ עירום ברחובות בצרחות. "יוריקה,ואוריקה! " (ביטוי יווני על כך שהחכם מצא משהו).
נרטיב אחר מדווח כי ארכימדס התבקש על ידי המלך היירון השני לחקור את הרכב הכתר שהזמין. המלך הורה להכין את כתרו מזהב מלא, אך לאחר שקיבל אותו, הוא חשד שאולי נעשה שימוש במתכות אחרות בחישולו. כדי לנקות את ספקותיו, ביקש מארכימדס לברר אם הכתר שלו היה זהב טהור או לא.
ארכימדס טבל ברצף את הכתר ושני חפצים מאסיביים עשויים זהב וכסף טהור לכלי מלא מים.
משקולות הם היו זהים לאלו שעל הכתר. בכך הוא הבין זאת הכתר נשפך פחות נוזלי מזהב, אבל יותר נוזלי מכסף, מה שהציע זאת האם זה שם לא הוא היה מורכב טהור מזהב.
ציפה ועקרון ארכימדס
לפי עקרון ארכימדס:
"כל אובייקט, שקוע לחלוטין או חלקי בנוזל או בנוזל, מונע בכוח השווה למשקל הנוזל שנעקר על ידי האובייקט."
כפי שראינו, הכוח המתואר על ידי עקרון ארכימדס ידוע כיום ככוח הצף. כוח זה שווה, במודול, למשקל הנוזל, העקור כאשר אנו מכניסים אליו גוף. הכוח הזה הוא שהופך את ספינות לא שוקעות או אפילו שאנחנו מסוגלים לצוף על מים.
נוסחת דחף
אנו יודעים כי ציפה שווה למשקל הנוזל שנעקר על ידי נוכחות של אובייקט שקוע. עם זאת, אם אנו זוכרים את מערכת היחסים בין פסטה של הנוזל, שלך צְפִיפוּת ונפחו, אנו יכולים לכתוב את הכוח החזק במונחים של אלה גדלותובכך להקל על חישוב כוח זה. הנוסחה המשמשת לחישוב הכוח הצף מוצגת באיור הבא, בדוק זאת:
AND - דחף (N)
ד - צפיפות נוזלים (ק"ג / מ"ק)
ז - האצת כוח המשיכה (m / s²)
ו - נפח נוזל העקור (m³)
לגבי הנוסחה הקודמת, חשוב לזכור כי נפח הנוזל העקור שווה ערך לנפח השקוע של האובייקט, בנוסף, זכור כי הצפיפות המשמשת בנוסחה מתייחסת צְפִיפוּתשֶׁלנוֹזֵל ולא של החפץ השקוע.
ראה גם:עקרון פסקל - הגדרה, נוסחאות, דוגמאות, יישומים ותרגילים
תרגילים על עקרון ארכימדס
שאלה 1) (אויב) במהלך עבודות בנייה במועדון נאלצה קבוצת עובדים להסיר פסל ברזל מאסיבי שהוצב בתחתית בריכת שחייה ריקה. חמישה פועלים קשרו חבלים לפסל וניסו למשוך אותו למעלה, ללא הצלחה. אם הבריכה תתמלא במים, יהיה לעובדים קל יותר להסיר את הפסל, כמו:
א) פסל יצוף. בדרך זו, גברים לא יצטרכו להתאמץ כדי להסיר את הפסל מלמטה.
ב) הפיסול יהיה משקל קל יותר. באופן זה עוצמת הכוח הנדרשת להרמת הפסל תהיה נמוכה יותר.
ג) מים יפעילו כוח על הפסל ביחס למסתו, ומעלה. כוח זה יתווסף לכוח שעושים העובדים לביטול פעולת כוח המשקל של הפסל.
ד) מים יפעילו כוח כלפי מטה על הפסל, והם יקבלו כוח כלפי מעלה מרצפת הבריכה. כוח זה יעזור לבטל את פעולת כוח המשקל בפסל.
ה) מים יפעילו כוח על הפסל ביחס לנפחו ומעלה. כוח זה יוסיף למה שהפועלים עושים, ועלול לגרום לכוח כלפי מעלה גדול ממשקלו של הפסל.
תבנית: אות ה
פתרון הבעיה:
הכוח שמפעילים מי הבריכה על הפסל תלוי בנפחו. כוח זה, בתורו, פועל בכיוון האנכי, מצביע כלפי מעלה, ושווה, במודול, למשקל המים שנעקרו על ידי הפסל, מה שמקל על הסרתו, ולכן האלטרנטיבה הנכונה היא אות ה.
שאלה 2) (UPF) הרצועה למטה מציגה קרחון שנפחו שקוע בחלקו (9/10 מנפחו הכולל) במי ים. בהתחשב בכך שצפיפות מי הים היא 1.0 גרם / סמ"ק, בדוק את החלופה המציינת את צפיפות הקרח, ב- גרם / סמ"ק, המהווה את הקרחון.
א) 0.5
ב) 1.3
ג) 0.9
ד) 0.1
ה) 1
תבנית: אות ג '
פתרון הבעיה:
מכיוון שמשקלו של הקרחון שווה למשקל המים שנעקרו על ידי הקרחון עצמו, עלינו לבצע את החישוב הבא:
שאלה 3) (UFPR) אובייקט מוצק בעל מסה של 600 גרם ונפחו של ליטר 1 טובל חלקית בנוזל, כך ש- 80% מנפחו שקוע. בהתחשב בתאוצה בגלל כוח המשיכה השווה ל 10 מ '/ ס', סמן את החלופה המציגה את המסה הספציפית של הנוזל.
א) 0.48 גרם / סמ"ק
ב) 0.75 גרם / סמ"ק
ג) 0.8 גרם / סמ"ק
ד) 1.33 גרם / סמ"ק
ה) 1.4 גרם / סמ"ק
מָשׁוֹב: אות ב '
פתרון הבעיה:
ראשית, עלינו לזכור שאם הגוף צף, משקלו שווה לכוח הצף, ולכן:
מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה
מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/principio-arquimedes.htm
