คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าทำไมวัตถุบางอย่างถึงลอยในขณะที่วัตถุอื่นๆ จม? คุณรู้หรือไม่ว่าวัตถุทุกชนิดในของเหลวจะมีแรงขึ้นจากของเหลว มาเจาะลึกและหาข้อมูลเพิ่มเติมกันเถอะ
วัตถุประสงค์การเรียนรู้
ในตอนท้ายของหัวข้อนี้ คุณจะต้อง;
การแนะนำ
วัตถุทั้งหมดในของเหลวจะได้รับแรงดึงขึ้นจากของเหลวไม่ว่าจะจมอยู่ใต้น้ำหรือลอยอยู่ก็ตาม แรงขึ้นนี้เรียกว่าแรง ขับดัน แรงผลักเรียกอีกอย่างว่าแรง ลอยตัว และเขียนแทนด้วยตัวอักษร "u"
หลักการของอาร์คิมีดีส
นักวิทยาศาสตร์ชาวกรีกชื่ออาร์คิมิดีสทำการทดลองครั้งแรกเพื่อวัดแรงขับบนวัตถุในของเหลว หลักการของอาร์คิมิดีสระบุว่า “เมื่อร่างกายจมอยู่ในของเหลวเต็มที่ จะเกิดแรงขึ้นที่เท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่”
เมื่อของแข็งจุ่มลงในของเหลว แรงผลักบนของแข็งนี้จะเท่ากับน้ำหนักของน้ำที่ถูกแทนที่
ตัวอย่างเช่น ก้อนโลหะที่มีปริมาตร 60 ซม. 3 และหนัก 4.80 นิวตันในอากาศจมอยู่ในของเหลว กำหนดน้ำหนักของบล็อกเมื่อจมอยู่ในของเหลวที่มีความหนาแน่น 1,200 กก. -3
สารละลาย
ปริมาตรของของเหลวที่ถูกแทนที่ = 60 ซม. 3 = 6.0 × 10 -5 ม. 3 .
น้ำหนักของของเหลวที่แทนที่ = ปริมาตร x ความหนาแน่น 6.0 × 10 -5 × 1200 × 10 = 0.72 N
Upthrust = น้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ น้ำหนักของบล็อกในของเหลว = 4.80 – 0.72 = 4.08 N
วัตถุลอยน้ำ
วัตถุที่ลอยอยู่ในของเหลวมีความหนาแน่นน้อยกว่าของเหลวที่ลอยอยู่ สามารถกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่กับน้ำหนักของร่างกายได้
น้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่เท่ากับน้ำหนักของบล็อกในอากาศ สิ่งนี้สอดคล้องกับกฎการลอยตัวซึ่งระบุว่า "ร่างกายแทนที่น้ำหนักของตัวเอง" ความสัมพันธ์นี้สามารถแสดงทางคณิตศาสตร์ได้ดังที่แสดงด้านล่าง
น้ำหนัก = ปริมาตร x ความหนาแน่น x แรงโน้มถ่วง = v × ρ × g
W = vd × ρ × g โดยที่ vd คือปริมาตรของของเหลวที่ถูกแทนที่
โปรดทราบว่าการลอยเป็นหลักการพิเศษของอาร์คิมิดีส นี่เป็นเพราะร่างกายที่ลอยอยู่จะจมลงจนกว่าแรงขับจะเท่ากับน้ำหนักของร่างกาย
ความหนาแน่นสัมพัทธ์
ความหนาแน่นสัมพัทธ์ได้รับการกำหนดเป็นอัตราส่วนของความหนาแน่นของสารต่อความหนาแน่นของน้ำ ตามกฎการลอยตัว วัตถุจะแทนที่ของไหลที่มีน้ำหนักเท่ากับน้ำหนักของมันเอง ดังนั้น นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ต่อไปนี้สามารถสร้างขึ้นได้
ความหนาแน่นสัมพัทธ์ = \(\frac{\textrm{ density of substance}}{\textrm{density of water}}\) = \(\frac{\textrm{weight of substance}}{\textrm{weight of equal }volume of water}\) = \(\frac{\textrm{mass of substance}}{\textrm{mass of equal volume of water}}\)
การประยุกต์ใช้ความหนาแน่นสัมพัทธ์และหลักการของอาร์คิมิดีส
1. เรือ คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าเหตุใดเข็มเหล็กจึงจมอยู่ในน้ำทันทีแต่ไม่ใช่เรือขนาดใหญ่ คำตอบคือหลักการของอาร์คิมิดีส เล็บจมเพราะน้ำหนักของน้ำที่แทนที่น้อยกว่าเข็ม ความหนาแน่นของเหล็กมากกว่าน้ำ หลักการของอาร์คิมิดีสถูกนำมาใช้ในการสร้างเรือ ส่วนใหญ่ของเรือถูกปล่อยให้เป็นโพรงเพื่อให้เรือมีน้ำหนักน้อยกว่าน้ำที่ถูกแทนที่ แรงลอยตัวที่มีขนาดเท่ากับน้ำที่ถูกแทนที่จะทำให้เรือลอยอยู่ได้
2. เรือดำน้ำ . เรือดำน้ำสามารถลอยน้ำได้และจมอยู่ใต้น้ำได้ด้วย สิ่งนี้ทำได้โดยบัลลาสต์และถังบีบอัด เมื่อถังอับเฉาเต็มไปด้วยน้ำ เรือดำน้ำจะจมอยู่ใต้น้ำ เนื่องจากมีความหนาแน่นสูงกว่าน้ำที่ถูกแทนที่ เมื่อน้ำในถังอับเฉาถูกไล่ออก ด้วยความช่วยเหลือจากถังบีบอัด ความหนาแน่นของเรือดำน้ำจะลดลงน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำที่ถูกแทนที่ ดังนั้นเรือดำน้ำจึงสามารถลอยน้ำได้
3. บอลลูนลมร้อน บอลลูนลอยขึ้นในอากาศเมื่ออากาศรอบบอลลูนมีน้ำหนักมากกว่าบอลลูน เมื่อน้ำหนักเท่ากัน บอลลูนจะหยุดนิ่ง
4. ไฮโดรมิเตอร์ เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดความถ่วงจำเพาะหรือความถ่วงจำเพาะของของเหลว ประกอบด้วยหลอดแก้วกลวงที่มีฐานกว้างกว่ารูปกระเปาะและปิดปลายทั้งสองด้าน วัดระดับของไฮโดรมิเตอร์ที่จมอยู่ในของเหลวและน้ำที่ถูกแทนที่ด้วยไฮโดรมิเตอร์เพื่อให้ได้ค่าความถ่วงจำเพาะของของเหลว ถ้าไฮโดรมิเตอร์จมลึกลงไป แสดงว่าดินตัวอย่างมีความถ่วงจำเพาะน้อยกว่า
