کاربر ميهمان خوش آمديد
 
     
  Skip Navigation Links

قانون ارشمیدس

هر کس که بخواهد توپی را وارد آب کند حتماً با یک نیروی بازگرداننده قوی مواجه شده است. این نیرو که جهتش رو به بالا است به عنوان "نیروی شناوری" شناخته می‌شود. تمام سیالات به هر جسمی که در آنها قرار می‌گیرد نیرویی وارد می‌کنند.

برای مشاهده فیلم روی دکمه play کلیک کنید.

wmv float2.wmv (98.1 KB)

منشأ نیروی شناوری از آنجا حاصل می‌شود که فشار با افزایش عمق زیاد می‌گردد.

شکل زیر استوانه‌ای به ارتفاع h را نشان می‌دهد که داخل مایعی قرار گرفته است. فشار p1 بر روی وجه بالایی نیرویی به اندازه p1A به سمت پایین وارد می‌کند (A سطح مقطع استوانه است) به همین نحو، فشار p2 روی وجه پایینی، نیرویی به اندازه P2A رو به بالا وارد می‌کند. از آنجا که فشار در عمق بیشتر زیاد است، نیروی رو به بالا بیشتر از نیروی رو به پایین می‌باشد

بنابراین، مایع یک نیروی برآیند رو به بالا به استوانه وارد می‌کند اندازه این نیروی شناوری برابر است با:

اگر به جای P2 مقدار معادلش را قرار دهیم خواهیم داشت:
حاصل ضرب hA برابر حجم مایع داخل استوانه است. p در این رابطه برابر چگالی مایع است نه چگالی ماده‌ای که با آن استوانه ساخته شده است. بنابراین مقدار phA برابر جرم m مایع جابجا شده است. پس نیروی شناوری برابر mg می‌باشد که این برابر وزن مایع جابجا شده است. این جمله به وزن مایع که بیرون می‌ریزد اشاره دارد مشروط بر اینکه ظرف مایع کاملاً پر باشد و استوانه وارد آن گردد. "نیروی شناوری" نوع جدیدی از نیروهاست. بلکه فقط نامی است که به نیروی برآیند وارده از طرف مایع به جسم اطلاق می‌گردد
نکته جالب اینکه شکل جسم فرو رفته در آب اهمیت ندارد و مستقل از شکل ظاهری جسم، نیروی شناوری رفتار یگانه دارد و از قانون ارشمیدس پیروی می‌کند. ارشمیدس (٢١٢-٢٨٧ قبل از میلاد) مبانی این قانون را کشف کرد.
قانون ارشمیدس:
هر سیالی به جسمی که در آن قرار گرفته (جزئی یا کامل) نیروی شناوری وارد می‌کند. اندازه نیرو برابر وزن سیال جابجا شده است.

جهت نیروی شناوری نیز همواره در خلاف جهت جاذبه می‌باشد.
اثری که نیروی شناوری بر جسم می‌گذارد بستگی به سایر نیروهای وارد بر جسم دارد. به عنوان مثال اگر نیروی شناوری به اندازه کافی قوی باشد آنگاه جسم بر روی مایع شناور می‌ماند. شکل‌های زیر این موضوع را نشان می‌دهند.

 

                                 در شکل مقابل، جسمی به وزن 100N روی مایع قرار دارد وهیچ قسمت از آن را جابجا نمی کند. بنابراین نیروی شناوری به آن

                                              وارد نمی گردد 

 

در شکل مقابل، جسم تا حدودی در مایع فرورفته و در نتیجه نیروی شناوری به آن وارد می‌شود. با این حال، اگر جسم رها گردد آنگاه در مایع فرو می‌رود زیرا نیروی شناوری کوچکتر از وزن جسم است.

در شکل مقابل، جسم آنقدر در مایع فرو رفته که نیروی شناوری وارد بر آن برابر وزن جسم گردیده است. بنابراین جسم به شکل شناور در مایع باقی می‌ماند.

اگر نیروی شناوری قادر به تعادل با نیروی وزن نباشد (حتی در هنگامی که تمام جسم در مایع فرو رفته) آنگاه جسم در مایع غرق می‌شود. حتی وقتی جسم در مایع فرو رفته است با این حال هنوز نیروی شناوری به آن وارد می‌گردد. مثال زیر به ما کمک می‌کند که پیش بینی کنیم آیا جسم در مایع فرو می‌رود یا شناور می‌ماند.

برای مشاهده فیلم روی دکمه play کلیک کنید
wmv 2B4010.wmv (86.3 KB)
wmv 2B4020.wmv (338.4 KB)
Your browser does not support embedded PDF files.
 
         
     
 
  Copyright © 2007 - 2014Ahmad Keshvary. All Rights Reserved.