Umewahi kujiuliza kwa nini baadhi ya vitu vinaelea huku vingine vikizama? Je, unajua kwamba kila kitu kwenye kioevu hupata nguvu ya juu kutoka kwenye kioevu? Hebu tuchimbue na kujua zaidi.
MALENGO YA KUJIFUNZA
Mwishoni mwa mada hii, unatarajiwa;
UTANGULIZI
Vitu vyote vilivyo katika kimiminika hupitia nguvu ya juu kutoka kwenye kioevu iwe imezama au kuelea. Nguvu hii ya juu inajulikana kama nguvu ya juu . Nguvu ya kuinua pia inaitwa nguvu ya buoyant na inaonyeshwa kwa herufi "u".
KANUNI YA ARCHIMEDES
Mwanasayansi wa Kigiriki, aitwaye Archimedes alifanya majaribio ya kwanza ya kupima msukumo wa kitu katika kioevu. Kanuni ya Archimedes inasema kwamba "mwili unapotumbukizwa kikamilifu kwenye umajimaji, hupata nguvu inayopanda juu ambayo ni sawa na uzito wa umajimaji uliohamishwa".
Wakati kitu kigumu kinapotumbukizwa kwenye kioevu, msukumo kwenye kigumu hiki utakuwa sawa na uzito wa maji yaliyohamishwa.
Kwa mfano, block ya chuma ambayo kiasi chake ni 60 cm 3 na uzani wa 4.80N hewani huingizwa kwenye kioevu. Tambua uzito wa block wakati imejaa kikamilifu katika kioevu ambacho kina msongamano wa 1,200 kgm -3 .
Suluhisho
Kiasi cha kioevu kilichohamishwa = 60cm 3 = 6.0 × 10 -5 m 3 .
Uzito wa kioevu kilichohamishwa = kiasi x msongamano 6.0 × 10 -5 × 1200 × 10 = 0.72 N
Upthrust = uzito wa kioevu kilichohamishwa. Uzito wa block katika kioevu = 4.80 - 0.72 = 4.08 N
VITU VINAVYOELEA
Vitu vinavyoelea katika vimiminika havina vimiminiko vingi kuliko vimiminika ambavyo vinaelea. Uhusiano kati ya uzito wa kioevu kilichohamishwa na ule wa mwili unaweza kuamua.
Uzito wa kioevu kilichohamishwa ni sawa na uzito wa block katika hewa. Hii inaambatana na sheria ya kuelea ambayo inasema kwamba "mwili huondoa uzito wake". Uhusiano huu unaweza kuwakilishwa kimahesabu kama inavyoonyeshwa hapa chini;
Uzito = ujazo x msongamano x mvuto = v × ρ × g
W = vd × ρ × g ambapo vd ni kiasi cha kioevu kilichohamishwa.
Kumbuka kuwa kuelea ni aina maalum ya kanuni ya Archimedes. Hii ni kwa sababu mwili unaoelea huzama hadi msukumo wa juu ni sawa na uzito wa mwili.
MFUMO WA JAMAA
Msongamano wa jamaa umeanzishwa kama uwiano wa msongamano wa dutu kwa wiani wa maji. Kwa sheria ya kuelea, kitu huondoa maji ambayo ni sawa na uzito wake kwa hiyo, maneno yafuatayo ya hisabati yanaweza kuanzishwa.
Msongamano wa jamaa = \(\frac{\textrm{ density of substance}}{\textrm{density of water}}\) = \(\frac{\textrm{weight of substance}}{\textrm{weight of equal }volume of water}\) = \(\frac{\textrm{mass of substance}}{\textrm{mass of equal volume of water}}\)
MATUMIZI YA MFUMO JAMAA NA KANUNI YA ARCHIMEDES
1. Meli . Umewahi kujiuliza kwa nini sindano ya chuma inazama mara moja ndani ya maji lakini sio meli kubwa? Jibu ni kanuni ya Archimedes. Msumari huzama kwa sababu uzito wa maji yaliyohamishwa ni mdogo kuliko ule wa sindano- msongamano wa chuma ni mkubwa kuliko ule wa maji. Kanuni ya Archimedes inatumika katika ujenzi wa meli. Sehemu kubwa za meli huachwa mashimo ili kuifanya meli kuwa na uzito mdogo kuliko maji yaliyohamishwa. Nguvu yenye nguvu yenye ukubwa sawa na maji yaliyohamishwa huifanya meli kuelea.
2. Nyambizi . Manowari inaweza kuelea juu ya maji na pia inaweza kuzamishwa. Hii inafanikiwa na mizinga ya ballast na iliyoshinikwa. Wakati tank ya ballast imejaa maji, manowari huzama. Hii ni kwa sababu ina msongamano mkubwa kuliko maji yaliyohamishwa. Wakati maji katika tank ya ballast yanapotolewa, kwa usaidizi kutoka kwa tank iliyoshinikizwa, msongamano wa manowari hupungua chini ya wiani wa maji yaliyohamishwa. Kwa hiyo, manowari ina uwezo wa kuelea.
3. Miputo ya Hewa ya Moto . Puto huinuka angani wakati hewa inayozunguka puto ina uzito mkubwa kuliko puto. Wakati uzito ni sawa, puto hukaa kimya.
4. Vipimo vya maji . Hiki ni chombo kinachotumika kupima uzito au uzito mahususi wa vimiminika. Inaundwa na bomba la glasi lisilo na mashimo na msingi pana- umbo la balbu na imefungwa kutoka ncha zote mbili. Kiwango cha hydrometer ambacho kinaingizwa ndani ya kioevu na maji yaliyohamishwa na hydrometer hupimwa ili kupata mvuto maalum wa kioevu. Ikiwa hydrometer inazama zaidi, inaonyesha kuwa udongo wa sampuli una mvuto mdogo maalum.
