Gündəlik həyatda qarşılaşdığımız bərk və mayelərin bir çox xassələri onların sıxlığından asılıdır. Maye və bərk cisimlərin sıxlığını ölçmək üçün dəqiq və eyni zamanda sadə üsullardan biri hidrostatik çəkidir. Bunun nə olduğunu və işinin əsasında hansı fiziki prinsip olduğunu düşünün.
Arximed Qanunu
Hidrostatik çəkinin əsasını təşkil edən bu fiziki qanundur. Ənənəvi olaraq, onun kəşfi saxta qızıl tacı məhv etmədən və ya heç bir kimyəvi analiz etmədən müəyyən edə bilən yunan filosofu Arximedə aid edilir.
Arximed qanununu belə formalaşdırmaq olar: mayeyə batırılmış cisim onu sıxışdırır və yerdəyişən mayenin çəkisi cismə şaquli istiqamətdə təsir edən üzmə qüvvəsinə bərabərdir.
Çoxları fərq etdi ki, hər hansı ağır əşyanı suda tutmaq havadan daha asandır. Bu fakt qaldırıcı qüvvənin hərəkətinin nümayişidir ki, o daArximed adlanır. Yəni mayelərdə cisimlərin görünən çəkisi havadakı həqiqi çəkisindən azdır.
Hidrostatik təzyiq və Arximed qüvvəsi
Mayedə yerləşdirilmiş hər hansı bərk cismə təsir edən üzmə qüvvəsinin səbəbi hidrostatik təzyiqdir. Bu düsturla hesablanır:
P=ρl gh
Burada h və ρl müvafiq olaraq mayenin dərinliyi və sıxlığıdır.
Cism mayeyə batırıldıqda ona hər tərəfdən işarələnmiş təzyiq təsir edir. Yan səthdəki ümumi təzyiq sıfıra bərabər olur, lakin alt və yuxarı səthlərə tətbiq olunan təzyiqlər fərqli olacaq, çünki bu səthlər müxtəlif dərinliklərdə yerləşir. Bu fərq üzmə qüvvəsi ilə nəticələnir.
Arximed qanununa görə mayeyə batırılmış cisim sonuncunun ağırlığını sıxışdırır, bu da qaldırıcı qüvvəyə bərabərdir. Sonra bu qüvvə üçün düstur yaza bilərsiniz:
FA=ρl Vl g
Vl simvolu bədən tərəfindən yerdəyişdirilən mayenin həcmini bildirir. Aydındır ki, əgər sonuncu mayeyə tamamilə batırılıbsa, bu, bədənin həcminə bərabər olacaq.
Arximed FA yalnız iki kəmiyyətdən asılıdır (ρl və Vl). Bu, bədənin formasından və ya sıxlığından asılı deyil.
Hidrostatik tarazlıq nədir?
Qalileo onları 16-cı əsrin sonunda icad etdi. Balansın sxematik təsviri aşağıdakı şəkildə göstərilmişdir.
Əslində bunlar adi tərəzilərdir, onların iş prinsipi eyni uzunluqlu iki qolun balansına əsaslanır. Hər qolun uclarında məlum kütlə yüklərinin yerləşdirilə biləcəyi bir fincan var. Kuboklardan birinin dibinə qarmaq bərkidilir. Yükləri asmaq üçün istifadə olunur. Tərəzi həmçinin şüşə stəkan və ya silindrlə gəlir.
Şəkildə A və B hərfləri bərabər həcmli iki metal silindri qeyd edir. Onlardan biri (A) içi boş, digəri (B) bərkdir. Bu silindrlər Arximed prinsipini nümayiş etdirmək üçün istifadə olunur.
Təsvir olunan balans naməlum bərk və mayelərin sıxlığını təyin etmək üçün istifadə olunur.
Hidrostatik tərəzi üsulu
Tərəzinin işləmə prinsipi son dərəcə sadədir. Gəlin onu təsvir edək.
Fərz edək ki, ixtiyari formaya malik bəzi naməlum bərk cismin sıxlığını təyin etməliyik. Bunun üçün bədən sol şkalanın qarmaqdan asılır və kütləsi ölçülür. Sonra stəkana su tökülür və stəkanı asılmış yükün altına qoyaraq suya batırılır. Arximed qüvvəsi yuxarıya doğru yönəldilmiş bədənə təsir etməyə başlayır. Bu, əvvəllər müəyyən edilmiş çəki balansının pozulmasına gətirib çıxarır. Bu tarazlığı bərpa etmək üçün ikinci qabdan müəyyən sayda çəki çıxarmaq lazımdır.
Ölçülən cismin havada və suda kütləsini bilməklə, eləcə də sonuncunun sıxlığını bilməklə bədənin sıxlığını hesablaya bilərsiniz.
Hidrostatik çəki də naməlum mayenin sıxlığını təyin etməyə imkan verir. Bunun üçünnaməlum mayedə, sonra isə sıxlığı dəqiq müəyyən edilən mayedə qarmağa bərkidilmiş ixtiyari çəkisi çəkmək lazımdır. Ölçülmüş məlumatlar naməlum mayenin sıxlığını müəyyən etmək üçün kifayətdir. Müvafiq düsturu yazaq:
ρl2=ρl1 m2 / m 1
Burada ρl1 məlum mayenin sıxlığı, m1 onun içindəki ölçülən bədən kütləsi, m 2 - naməlum mayedəki bədən kütləsi, onun sıxlığı (ρl2) müəyyən edilməlidir.
Saxta qızıl tacın təyini
Arximedin iki min ildən çox əvvəl həll etdiyi problemi həll edək. Kral tacının saxta olub olmadığını müəyyən etmək üçün qızılın hidrostatik çəkisini istifadə edək.
Hidrostatik tarazlıqdan istifadə edərək məlum oldu ki, havadakı tacın kütləsi 1,3 kq, distillə edilmiş suda isə 1,17 kq təşkil edir. Tac qızıldır?
Tacın havada və suda çəkilərinin fərqi Arximedin üzmə qüvvəsinə bərabərdir. Gəlin bu bərabərliyi yazaq:
FA=m1 g - m2 g
Tənlikdə FA düsturu ilə əvəz edək və cismin həcmini ifadə edək. Alın:
m1 g - m2 g=ρl V l g=>
Vs=Vl=(m1- m 2) / ρl
Köçürülən mayenin həcmi Vl bədən tam batırıldığı üçün Vs cismin həcminə bərabərdir.su.
Tacın həcmini bilməklə onun sıxlığını ρs aşağıdakı düsturla asanlıqla hesablaya bilərsiniz:
ρs=m1 / Vs=m 1 ρl / (m1- m2)
Məlum məlumatları bu tənliyə əvəz et, əldə edirik:
ρs=1.31000 / (1.3 - 1.17)=10.000 kq/m3
Tacın hazırlandığı metalın sıxlığını aldıq. Sıxlıq cədvəlinə istinad edərək, qızıl üçün bu dəyərin 19320 kq/m3 olduğunu görürük.
Beləliklə, təcrübədəki tac xalis qızıldan hazırlanmayıb.
