क्या आपने कभी सोचा है कि क्यों कुछ वस्तुएं तैरती हैं जबकि अन्य डूब जाती हैं? क्या आप जानते हैं कि तरल में प्रत्येक वस्तु तरल से ऊपर की ओर एक बल का अनुभव करती है? आइए खुदाई करें और अधिक जानें।
सीखने के मकसद
इस विषय के अंत तक, आपसे उम्मीद की जाती है;
परिचय
एक तरल में सभी वस्तुएं तरल से ऊपर की ओर एक बल का अनुभव करती हैं चाहे वे जलमग्न हों या तैर रहे हों। इस ऊर्ध्वगामी बल को उत्क्षेप बल कहते हैं। उत्क्षेप बल को उत्प्लावक बल भी कहा जाता है और इसे "यू" अक्षर से निरूपित किया जाता है।
आर्किमिडीज का सिद्धांत
आर्किमिडीज नाम के एक यूनानी वैज्ञानिक ने तरल में किसी वस्तु पर उत्क्षेप को मापने के लिए पहला प्रयोग किया। आर्किमिडीज सिद्धांत कहता है कि "जब कोई पिंड किसी तरल पदार्थ में पूरी तरह से डूबा होता है, तो वह ऊपर की ओर एक बल का अनुभव करता है जो विस्थापित द्रव के वजन के बराबर होता है"।
जब किसी ठोस को किसी द्रव में डुबाया जाता है, तो इस ठोस पर उत्क्षेप विस्थापित पानी के भार के बराबर होगा।
उदाहरण के लिए, एक धातु ब्लॉक जिसका आयतन 60 सेमी 3 है और इसका वजन 4.80N हवा में एक तरल में डूबा हुआ है। ब्लॉक का वजन निर्धारित करें जब यह पूरी तरह से एक तरल में डूबा हुआ है जिसका घनत्व 1,200 किग्रा -3 है।
समाधान
विस्थापित द्रव का आयतन = 60cm 3 = 6.0 × 10 -5 m 3 ।
विस्थापित द्रव का भार = आयतन x घनत्व 6.0 × 10 -5 × 1200 × 10 = 0.72 N
उत्क्षेप = विस्थापित द्रव का भार। द्रव में ब्लॉक का भार = 4.80 – 0.72 = 4.08 N
फ्लोटिंग ऑब्जेक्ट्स
तरल पदार्थों में तैरने वाली वस्तुएँ उन तरल पदार्थों की तुलना में कम सघन होती हैं जिनमें वे तैरते हैं। विस्थापित तरल और शरीर के वजन के बीच संबंध निर्धारित किया जा सकता है।
विस्थापित तरल का वजन हवा में एक ब्लॉक के वजन के बराबर होता है। यह फ्लोटेशन लॉ के अनुरूप है जो बताता है कि "एक पिंड अपने वजन को विस्थापित करता है"। इस संबंध को गणितीय रूप से निरूपित किया जा सकता है जैसा कि नीचे दिखाया गया है;
भार = आयतन x घनत्व x गुरुत्व = v × ρ × g
W = vd × ρ × g जहाँ vd विस्थापित द्रव का आयतन है।
ध्यान दें कि फ्लोटेशन एक विशेष प्रकार का आर्किमिडीज सिद्धांत है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक तैरता हुआ पिंड तब तक डूबता है जब तक कि उत्क्षेप बल पिंड के भार के बराबर न हो जाए।
सापेक्ष घनत्व
सापेक्ष घनत्व को किसी पदार्थ के घनत्व के पानी के घनत्व के अनुपात के रूप में स्थापित किया गया है। तैरने के नियम के अनुसार, एक वस्तु एक तरल पदार्थ को विस्थापित करती है जो उसके अपने वजन के बराबर होता है इसलिए, निम्नलिखित गणितीय अभिव्यक्तियाँ स्थापित की जा सकती हैं।
आपेक्षिक घनत्व = \(\frac{\textrm{ density of substance}}{\textrm{density of water}}\) = \(\frac{\textrm{weight of substance}}{\textrm{weight of equal }volume of water}\) = \(\frac{\textrm{mass of substance}}{\textrm{mass of equal volume of water}}\)
सापेक्ष घनत्व और आर्किमिडीज सिद्धांत के अनुप्रयोग
1. जहाज । क्या आपने कभी सोचा है कि लोहे की सुई तुरंत पानी में क्यों डूब जाती है लेकिन बड़े जहाज में क्यों नहीं? उत्तर आर्किमिडीज का सिद्धांत है। कील इसलिए डूब जाती है क्योंकि हटाए गए पानी का भार सुई की तुलना में कम होता है- लोहे का घनत्व पानी के घनत्व से अधिक होता है। जहाजों के निर्माण में आर्किमिडीज का सिद्धांत लागू होता है। जहाज के बड़े हिस्से को खोखला छोड़ दिया जाता है ताकि जहाज का वजन विस्थापित पानी से कम हो। विस्थापित पानी के बराबर परिमाण वाला उत्प्लावक बल जहाज को बचाए रखता है।
2. पनडुब्बी । पनडुब्बी पानी पर तैर सकती है और डूब भी सकती है। यह गिट्टी और संपीड़ित टैंकों द्वारा प्राप्त किया जाता है। जब गिट्टी टैंक पानी से भर जाता है, तो पनडुब्बी जलमग्न हो जाती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि विस्थापित पानी की तुलना में इसका घनत्व अधिक है। जब कंप्रेस्ड टैंक की सहायता से गिट्टी टैंक में पानी को बाहर निकाला जाता है, तो पनडुब्बी का घनत्व विस्थापित पानी के घनत्व से कम हो जाता है। इसलिए पनडुब्बी तैरने में सक्षम है।
3. गरम हवा के गुब्बारे । गुब्बारा हवा में तब ऊपर उठता है जब गुब्बारे के चारों ओर की हवा का वजन गुब्बारे से अधिक होता है। जब वजन बराबर होता है, तो गुब्बारा स्थिर रहता है।
4. हाइड्रोमीटर । यह तरल पदार्थ के विशिष्ट गुरुत्व या गुरुत्व को मापने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक उपकरण है। यह कांच की एक खोखली नली से बना होता है जिसका आधार बल्ब के आकार का होता है और दोनों सिरों से सील होता है। हाइड्रोमीटर का स्तर जो एक तरल में डूबा हुआ है और हाइड्रोमीटर द्वारा विस्थापित पानी को एक तरल के विशिष्ट गुरुत्व को प्राप्त करने के लिए मापा जाता है। यदि हाइड्रोमीटर गहरा डूबता है, तो यह दर्शाता है कि नमूना मिट्टी में कम विशिष्ट गुरुत्व है।
