Undang-undang Archimedes ialah prinsip fizik yang menyatakan bahawa jasad yang sepenuhnya atau sebahagiannya direndam dalam cecair berada dalam keadaan diam ditindak oleh daya yang diarahkan secara menegak, yang dalam magnitud sama dengan berat cecair yang disesarkan oleh badan ini. Daya ini dipanggil hidrostatik atau Archimedean. Seperti mana-mana daya dalam fizik, ia diukur dalam newton.
saintis Yunani Archimedes
Archimedes dibesarkan dalam keluarga yang dikaitkan dengan sains, kerana bapanya, Phidias, adalah ahli astronomi yang hebat pada zamannya. Sejak awal kanak-kanak, Archimedes mula menunjukkan minat dalam sains. Dia belajar di Alexandria, di mana dia berkawan dengan Eratosthenes dari Cyrene. Bersama-sama dengannya, Archimedes mula-mula mengukur lilitan dunia. Melalui pengaruh Eratosthenes, Archimedes muda juga mengembangkan minat dalam astronomi.
Selepas pulang ke kampung halamannya di Syracuse, saintis itu menumpukan banyak masa untuk mengkaji matematik, fizik, geometri, mekanik, optik dan astronomi. Dalam semua bidang sains ini, Archimedes membuat pelbagai penemuan, pemahaman yang sukar walaupun untuknyaorang berpendidikan moden.
Archimedes menemui undang-undangnya
Menurut maklumat sejarah, Archimedes menemui undang-undangnya dengan cara yang menarik. Vitruvius dalam tulisannya menerangkan bahawa orang Syracusan yang zalim Hieron II mengarahkan salah seorang tukang untuk melemparkan mahkota emas untuknya. Selepas mahkota itu siap, dia memutuskan untuk memeriksa sama ada tuannya telah menipunya, dan jika perak yang lebih murah telah ditambah kepada emas, yang mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada raja logam. Dia meminta Archimedes untuk menyelesaikan masalah ini. Saintis itu tidak dibenarkan melanggar integriti mahkota.
Semasa mandi, Archimedes menyedari paras air di dalamnya semakin meningkat. Dia memutuskan untuk menggunakan kesan ini untuk mengira isipadu mahkota, pengetahuan yang mana, serta jisim mahkota, membolehkannya mengira ketumpatan objek. Penemuan ini sangat mengagumkan Archimedes. Vitruvius menggambarkan keadaannya seperti berikut: dia berlari ke jalan dengan telanjang sepenuhnya, dan menjerit "Eureka!", yang diterjemahkan dari bahasa Yunani kuno sebagai "Saya mendapatinya!". Akibatnya, ketumpatan mahkota ternyata kurang daripada emas tulen, dan tuannya telah dihukum mati.
Archimedes mencipta karya yang dipanggil "On Floating Bodies", di mana buat pertama kalinya dia menerangkan secara terperinci undang-undang yang ditemuinya. Perhatikan bahawa rumusan undang-undang Archimedes, yang dibuat oleh saintis itu sendiri, secara praktikalnya tidak berubah.
Isipadu cecair dalam keseimbangan dengan seluruh cecair
Di sekolah di darjah 7, mereka mula mempelajari undang-undang Archimedes. Untuk memahami maksud undang-undang ini, kita mesti terlebih dahulu mempertimbangkan kuasa yang bertindakisipadu cecair tertentu yang berada dalam keseimbangan dalam ketebalan cecair yang lain.
Daya yang bertindak pada mana-mana permukaan isipadu cecair yang dipertimbangkan adalah sama dengan pdS, di mana p ialah tekanan, yang hanya bergantung pada kedalaman, dS ialah luas permukaan ini.
Memandangkan isipadu cecair yang dipilih berada dalam keseimbangan, ini bermakna daya yang terhasil yang bertindak pada permukaan isipadu ini, dan dikaitkan dengan tekanan, mesti diseimbangkan dengan berat isipadu cecair ini. Daya paduan ini dipanggil daya apungan. Titik penggunaannya adalah di pusat graviti isipadu cecair ini.
Oleh kerana tekanan dalam cecair dikira dengan formula p=rogh, di mana ro ialah ketumpatan cecair, g ialah pecutan jatuh bebas, h ialah kedalaman, keseimbangan yang dipertimbangkan. isipadu cecair ditentukan oleh persamaan: berat badan=rog V, dengan V ialah isipadu bahagian cecair yang dipertimbangkan.
Menggantikan cecair dengan pepejal
Menimbang lebih lanjut undang-undang Archimedes dalam fizik gred ke-7, kami akan mengeluarkan isipadu cecair yang dipertimbangkan daripada ketebalannya, dan meletakkan badan pepejal dengan isipadu yang sama dan bentuk yang sama di dalam ruang kosong.
Dalam kes ini, daya keapungan yang terhasil, yang bergantung hanya pada ketumpatan cecair dan isipadunya, akan kekal sama. Berat badan, serta pusat gravitinya, secara amnya akan berubah. Akibatnya, dua daya pada mulanya akan bertindak pada badan:
- Kuasa tolakan rogV.
- Berat badan mg.
Dalam kes paling mudah, jika jasad itu homogen, maka pusat gravitinya bertepatan dengantitik penggunaan daya tolakan.
Sifat hukum Archimedes dan contoh penyelesaian untuk jasad yang direndam sepenuhnya dalam cecair
Anggapkan bahawa jasad homogen berjisim m direndam dalam cecair dengan ketumpatan ro. Dalam kes ini, badan mempunyai bentuk selari dengan luas tapak S dan ketinggian h.
Menurut undang-undang Archimedes, kuasa berikut akan bertindak ke atas badan:
- Daya rogxS, yang disebabkan oleh tekanan yang dikenakan pada permukaan atas badan, di mana x ialah jarak dari permukaan atas badan ke permukaan cecair. Daya ini diarahkan menegak ke bawah.
- Daya rog(h+x)S, yang berkaitan dengan tekanan yang bertindak pada permukaan bawah parallelepiped. Ia dihalakan secara menegak ke atas.
- Berat badan mg yang bertindak menegak ke bawah.
Tekanan yang dihasilkan oleh bendalir pada permukaan sisi badan yang direndam adalah sama dalam nilai mutlak dan bertentangan arah, oleh itu ia menambah sehingga daya sifar.
Dalam kes keseimbangan, kita mempunyai: mg + rogxS=rog(h+x)S, atau mg=roghS.
Oleh itu, sifat daya apungan atau daya Archimedes ialah perbezaan tekanan yang dikenakan oleh cecair pada permukaan atas dan bawah jasad yang direndam di dalamnya.
Keterangan tentang undang-undang Archimedes
Sifat daya apungan membolehkan kita membuat beberapa kesimpulan daripada undang-undang ini. Berikut ialah kesimpulan dan teguran penting:
- Jika ketumpatan pepejal lebih besar daripada ketumpatan cecair,di mana ia direndam, maka daya Archimedean tidak akan cukup untuk menolak badan ini keluar dari cecair, dan badan akan tenggelam. Sebaliknya, jasad akan terapung di permukaan cecair hanya jika ketumpatannya kurang daripada ketumpatan cecair ini.
- Di bawah keadaan tanpa berat untuk isipadu cecair yang tidak dapat mencipta medan graviti yang boleh dilihat sendiri, tiada kecerunan tekanan dalam ketebalan isipadu ini. Dalam kes ini, konsep daya apungan tidak lagi wujud dan undang-undang Archimedes tidak boleh digunakan.
- Jumlah semua daya hidrostatik yang bertindak ke atas jasad bentuk arbitrari yang direndam dalam cecair boleh dikurangkan kepada satu daya, yang diarahkan menegak ke atas dan dikenakan pada pusat graviti jasad. Oleh itu, pada hakikatnya tidak ada daya tunggal yang dikenakan pada pusat graviti, perwakilan sedemikian hanyalah penyederhanaan matematik.
