Күнүмдүк жашоодо биз чече турган катуу жана суюк заттардын көптөгөн касиеттери алардын тыгыздыгынан көз каранды. Суюк жана катуу денелердин тыгыздыгын өлчөөнүн так жана ошол эле учурда жөнөкөй ыкмаларынын бири гидростатикалык тараза болуп саналат. Бул эмне экенин жана анын ишинин негизинде кандай физикалык принцип турганын карап көрүңүз.
Архимед мыйзамы
Дал ушул физикалык мыйзам гидростатикалык таразанын негизин түзөт. Салт боюнча, анын ачылышы грек философу Архимедге таандык, ал жасалма алтын таажыны кыйратпастан жана эч кандай химиялык анализ жасабастан аныктай алган.
Архимед мыйзамын төмөнкүчө формулировкалоого болот: суюктукка чөмүлгөн дене аны жылатат, ал эми жылыган суюктуктун салмагы денеге вертикалдуу таасир этүүчү сүзүү күчүнө барабар.
Көптөр абага караганда сууда кандайдыр бир оор нерсени кармоо алда канча жеңил экенин байкашкан. Бул факт сүзгүч күчтүн аракетинин демонстрациясы болуп саналат, ал дагыАрхимед деп аталат. Башкача айтканда, суюктуктарда денелердин көрүнүүчү салмагы алардын абадагы чыныгы салмагынан азыраак.
Гидростатикалык басым жана Архимед күчү
Суюктукка жайгаштырылган бардык катуу денеге таасир этүүчү сүзүү күчүнүн себеби гидростатикалык басым. Бул формула менен эсептелет:
P=ρl gh
Бул жерде h жана ρl тиешелүүлүгүнө жараша суюктуктун тереңдиги жана тыгыздыгы.
Денени суюктукка батырганда, ага бардык тараптан белгиленген басым таасир этет. Каптал бетиндеги жалпы басым нөлгө барабар болот, бирок төмөнкү жана үстүнкү беттерге жасалган басымдар ар кандай болот, анткени бул беттер ар кандай тереңдикте. Бул айырма сүзүү күчүн пайда кылат.
Архимеддин мыйзамы боюнча суюктукка чөмүлгөн дене акыркынын салмагын жылытат, бул суюктуктун сүзүү күчүнө барабар. Анда бул күчтүн формуласын жазсаңыз болот:
FA=ρl Vl g
Vl символу дененин ордунан жылган суюктуктун көлөмүн билдирет. Албетте, ал дененин көлөмүнө барабар болот, эгерде акыркы суюктукка толугу менен чөмүлсө.
Архимеддин күчү FA эки гана чоңдуктан көз каранды (ρl жана Vl). Бул дененин формасына же анын тыгыздыгына көз каранды эмес.
Гидростатикалык баланс деген эмне?
Галилео аларды 16-кылымдын аягында ойлоп тапкан. Баланстын схемалык көрүнүшү төмөндөгү сүрөттө көрсөтүлгөн.
Чындыгында булар кадимки таразалар, алардын иштөө принциби бирдей узундуктагы эки рычагдын тең салмактуулугуна негизделген. Ар бир рычагдын учунда белгилүү массадагы жүктөрдү коюуга мүмкүн болгон чөйчөк бар. Чөйчөктөрдүн биринин түбүнө илмек бекитилет. Ал жүктөрдү илип коюу үчүн колдонулат. Тараза ошондой эле айнек стакан же цилиндр менен келет.
Сүрөттө A жана B тамгалары бирдей көлөмдөгү эки металл цилиндрди белгилейт. Алардын бири (А) көңдөй, экинчиси (Б) катуу. Бул цилиндрлер Архимеддин принцибин көрсөтүү үчүн колдонулат.
Сүрөттөлгөн баланс белгисиз катуу жана суюк заттардын тыгыздыгын аныктоо үчүн колдонулат.
Гидростатикалык тараза ыкмасы
Таразанын иштөө принциби өтө жөнөкөй. Аны сүрөттөп берели.
Кандайдыр бир белгисиз катуу заттын тыгыздыгын аныкташыбыз керек дейли. Бул үчүн денени сол таразанын илгичине илип коюшат жана анын массасы өлчөнөт. Андан кийин стаканга суу куюлат жана стаканды асма жүктүн астына коюп, аны сууга батырышат. Архимед күчү денеге жогору карай аракет кыла баштайт. салмактын мурда белгиленген балансынын бузулушуна алып келет. Бул тең салмактуулукту калыбына келтирүү үчүн, экинчи идиштин белгилүү бир санын алып салуу керек.
Өлчөнгөн дененин абадагы жана суудагы массасын билүү, ошондой эле акыркысынын тыгыздыгын билүү менен дененин тыгыздыгын эсептей аласыз.
Гидростатикалык тараза дагы белгисиз суюктуктун тыгыздыгын аныктоого мүмкүндүк берет. Бул үчүнбелгисиз суюктукта, андан кийин тыгыздыгы так аныкталган суюктукта илгичке бекитилген эркин салмакты таразага тартуу керек. Ченелген маалыматтар белгисиз суюктуктун тыгыздыгын аныктоо үчүн жетиштүү. Тиешелүү формуланы жазалы:
ρl2=ρl1 m2 / m 1
Бул жерде ρl1 – белгилүү суюктуктун тыгыздыгы, m1 – андагы өлчөнгөн дене массасы, m 2 - тыгыздыгы (ρl2) аныкталышы керек болгон белгисиз суюктуктагы дене массасы.
Жасалма алтын таажы аныктоо
Эки миң жылдан ашык мурун Архимед чечкен маселени чечели. Падыша таажысынын жасалма экенин аныктоо үчүн алтындын гидростатикалык таразасын колдонолу.
Гидростатикалык таразаны колдонуу менен абадагы таажы 1,3 кг, ал эми дистилденген сууда анын массасы 1,17 кг экени аныкталган. Таажы алтынбы?
Таажынын абадагы жана суудагы салмактарынын айырмасы Архимеддин сүзүү күчүнө барабар. Бул теңчиликти жазалы:
FA=m1 g - m2 g
Теңдемеге FA формуласын коюп, дененин көлөмүн туюнталы. Алуу:
m1 g - m2 g=ρl V l g=>
Vs=Vl=(m1- m 2) / ρl
Алмашып кеткен суюктуктун көлөмү Vl дененин көлөмүнө барабар Vs дене толугу менен чөмүлгөндүктөнсуу.
Таажынын көлөмүн билип, анын тыгыздыгын ρs төмөнкү формула менен оңой эсептей аласыз:
ρs=m1 / Vs=m 1 ρl / (m1- m2)
Белгилүү маалыматтарды бул теңдемеге алмаштырсак:
ρs=1,31000 / (1,3 - 1,17)=10 000 кг/м3
Биз таажы жасалган металлдын тыгыздыгын алдык. Тыгыздык таблицасына кайрылып, биз алтын үчүн бул маани 19320 кг/м3 экенин көрөбүз.
Ошентип, эксперименттеги таажы таза алтындан жасалган эмес.
