نیروی ارشمیدس

آیا تاکنون فکرکرده اید که چرا برخی چیزها درون آب شناور هستند امابرخی دیگر ته آب میافتند؟

یا چرا چوب روی آب شناور ولی یک میخ آهنی ته ظرف آب می افتد و یااینکه آیا امکان دارد یک قطعه آهن شناوربماند تمامی این موضوعات به نیرویی مربوط می شود که ارشمیدس دانشمند یونان باستان کشف کرده است.

نیروی ارشمیدس چیست ؟

وقتی جسمی را درون یک شاره مثلا یک لیوان آب می اندازیم اگر جسم تماما درون آب فرو رود به مقدار حجم خود آب را جابجا می کند به نیروی وزن این مقدار آب جابجا شده نیروی ارشمیدس گویند که همیشه رو به بالاست و از رابطه ی زیر بدست می آید:

دقت کنید که در این رابطه چگالی شاره و vحجم شاره جابجا شده است که مساوی است باحجم قسمتی از جسم که داخل شاره است و gشتاب گرانشی است حال سوالی مطرح می شود و آن اینکه چه شرایطی لازم است تا یک جسم در یک شاره شناور شود ؟ می دانیم در به هر جسمی در یک میدان گرانشی نیروی وزن وارد می شود و به جسم درون شاره حداقل دو نیروی ارشمیدس و نیروی گرانش وارد می شود می دانیم که نیروی گرانش همیشه روبه پایین و نیروی ارشمیدس (نیروی شناوری) همیشه روبه بالا هرگاه این دو نیرو برابر باشند جسم درون آب غوطه ور می شود ولی فرق شناوری و غوطه وری چیست ؟ وقتی می گوییم جسمی شناور است که در سطح آب باشد اما جسم غوطه ور میتواند در هر جای شاره باشدبه طور مثال خود آب درون خود شناور است.

وقتی نیروی ارشمیدس از نیروی وزن بیشتر باشد جسم روی سطح آزاد شاره شناور می شود و وقتی نیروی وزن جسم از نیروی ارشمیدس بیشتر باشد جسم درون شاره غرق می شود.

مثال:آیاجسمی به چگالی 1250 kg/m3 روی آب شناور می ماند؟ و مقدار نیروی ارشمیدس این ماده را برای3 1m از این ماده به دست آورید.

(ب)

مثال (2) نیروی شناوری را برای آهن mکه در جیوه شناور است بدست آورید .

با توجه به اینکه نیروی وزن این قطعه آهن 3.9 اسحاق نیوتن است پس حتی آهن نیز روی جیوه شناور می ماند

مسئله : این دو جسم در هوا روی یک ترازوی این چنین به تعادل می رسند اگر آنها را در یک محفظه خلا بگذاریم موقعیت آنان چگونه است ؟(راهنمایی:هوا نیز یک شاره است)

یک تن آهن سنگینتر است یا یک تن چوب؟

موضوع چیست؟ </h1>

همه ما تا کنون به نحوی قانون ارشمیدس را تجربه کرده‌ایم. قانون ارشمیدس می‌گوید: وقتی جسمی درون سیالی (مایع یا گاز) قرار می‌گیرد. نیرویی برابر وزن سیال جابجا شده ، از طرف سیال ، بر جسم وارد می‌شود. هر گاه جسمی درون آب قرار می‌گیرد، وزن آن کمتر از موقعی است که در هوا باشد، به همین جهت است که وقتی در استخر شنا می‌کنید احساس می‌کنید که وزنتان کاهش یافته است.

این یک شوخی نیست! </h1>

همه این سوال را شوخی آمیز می‌دانند! یک تن چوب سنگین‌تر است یا یک تن آهن و معمولا بدون اینکه فکر کنند می‌گویند: البته یک تن آهن و موجب خنده دسته جمعی اطرافیان می‌شوند. اگر به آدمهای شوخ جواب دهند که یک تن چوب از یک تن چوب آهن سنگین‌تر است، لابد آنها بلندتر خواهند خندید چون ظاهر این جواب با هیچ منطقی جور در نمی‌آید، اما این حرف درست است.

حقیقت چیست؟ </h1>

حقیقت مطلب در آن است که قانون ارشمیدس نه فقط در مورد مایعات ، بلکه در مورد گازها نیز صدق می‌کند. وزن هر جسمی در هوا به اندازه وزن هوای هم حجم آن کم می‌شود. از وزن چوب و آهن نیز در هوا قدری کاسته می‌شود. برای آنکه وزن حقیقی چوب و آهن را بدانیم باید آنچه را که از وزن هر یک کاسته شده است، به آن اضافه کنیم.

بنابراین در مثال ما ، وزن حقیقی چوب مساوی است با یک تن + وزن هوای هم حجم چوب. و وزن حقیقی آهن مساوی است با یک تن + وزن هوای هم حجم آهن. اما حجم یک تن چوب به مراتب (تقریبا 15 بار) بیشتر از یک تن آهن است. به همین جهت ، وزن حقیقی یک تن چوب بیشتر از وزن حقیقی یک تن آهن است! برای آنکه جواب دقیق‌تری داده باشیم. باید بگوییم: وزن حقیقی چوبی که در هوا یک تن وزن دارد از وزن حقیقی آهن که در هوا یک تن وزن دارد، بیشتر است.

چون حجم یک تن آهن  متر مکعب و حجم یک تن چوب در حدود 2 متر مکعب است، پس تفاوت وزن هوای هم حجم آنها باید در حدود 2.5 کیلوگرم باشد. به این ترتیب ، یک تن چوب ، در واقع به همین اندازه از یک تن آهن سنگین‌تر است!