Արքիմեդեսի օրենքի ուսումնասիրություն. Ոսկե թագի առեղծվածի բացահայտումը
Պենդահուլուան
Hukum Archimedes, yang juga dikenal sebagai prinsip Archimedes, merupakan salah satu hukum paling mendasar dalam ilmu fisika dan teknik. Ditemukan oleh matematikawan dan ahli fisika Yunani kuno Archimedes sekitar tahun 250 SM, hukum ini menyatakan bahwa setiap benda yang tenggelam atau mengapung dalam cairan akan mengalami gaya angkat sama dengan berat cairan yang dipindahkan oleh benda tersebut. Artikel ini akan membahas aplikasi hukum Archimedes melalui salah satu studi kasus paling terkenal: penentuan keaslian mahkota emas Raja Hiero II dari Syracuse.
Լաթար Բելականգ
Պատմությունը սկսվում է այն ժամանակ, երբ Սիցիլիայի Սիրակուզա քաղաքի կառավարիչ Հիերոն II թագավորը որոշեց մաքուր ոսկուց պատրաստել թագ, կամ «կրովնա», որպես աստվածներին ընծա։ Այդ նպատակով նա մի ոսկերչի տվեց մի քիչ ոսկի և խնդրեց նրան պատրաստել գեղեցիկ և մաքուր թագ։ Թագը ստանալուց հետո թագավորը սկսեց կասկածել դրա իսկության վրա։ Կասկածներ առաջացան, թե արդյոք ոսկերիչը արծաթ կամ այլ մետաղներ էր ավելացրել ոսկե թագին և զարդարել ոսկու մի մասը։
Այս հարցը լուծելու համար Հիերոն կանչեց Արքիմեդեսին՝ իր ժամանակի առաջատար գիտնականներից մեկին, որպեսզի պարզի, թե արդյոք թագը իսկապես պատրաստված է մաքուր ոսկուց՝ առանց այն վնասելու։ Այս հարցը հիմք դրեց Արքիմեդեսի կողմից այն սկզբունքի հայտնաբերմանը, որն այժմ հայտնի է իր անունով։
Արքիմեդեսի օրենքը
Արքիմեդեսի սկզբունքը հիմնված է այն դիտարկման վրա, որ հեղուկի մեջ խորտակվող կամ լողացող մարմնի վրա ազդում է լողացող ուժ, որը հավասար է մարմնի կողմից տեղահանված հեղուկի քաշին: Այս սկզբունքի մաթեմատիկական հավասարումը ձևակերպվում է հետևյալ կերպ.
\[ F_b = \rho \cdot g \cdot V \]
Որտեղ՝
– \( F_b \)-ն լողակների բարձրացման ուժն է,
– \( \rho \)-ն հեղուկի խտությունն է,
– \( g \)-ն ձգողականության ուժի արագացումն է, և
– \( V \)-ն սուզված մարմնի ծավալն է։
Ոսկե թագի դեպքում Արքիմեդեսի համար հիմնական մարտահրավերը պարզելն էր, թե արդյոք դրա ծավալը համապատասխանում է մաքուր ոսկու խտությանը։
Էվրիկա՛ – Հայտնագործության գործընթացը
Ըստ լեգենդի՝ Արքիմեդեսը լուծումը հայտնաբերել է լողանալիս։ Նա զգաց, որ իր մարմինը թեթևացել է ջրի տակ և հասկացավ, որ դա պայմանավորված է տեղահանված ջրի լողացող ուժով։ Հիերոյի խնդրի լուծումը գտնելու իր ոգևորությունից՝ նա մերկ վազեց Սիրակուզայի փողոցներով՝ գոռալով. «Էվրիկա՛, Էվրիկա՛» (նշանակում է «Ես գտա այն»):
Այս ոգեշնչմամբ Արքիմեդեսը այնուհետև կատարեց հետևյալ փորձը՝ ոսկե թագի իսկությունը ստուգելու համար.
1. Menentukan Massa Mahkota: Archimedes menimbang mahkota tersebut untuk mengetahui massanya.
2. Menentukan Volume Cairan yang Dipindahkan: Ia kemudian mencelupkan mahkota ke dalam air penuh dalam bejana dan mengukur volume air yang keluar. Volume air yang dipindahkan ini sama dengan volume mahkota.
3. Perhitungan Densitas Mahkota: Dengan mengetahui massa dan volume mahkota, ia kemudian menghitung densitas atau massa jenis mahkota dengan formula \( \rho = \frac{m}{V} \), dimana \( m \) adalah massa dan \( V \) adalah volume.
Եթե թագի խտությունը նույնն է, ինչ մաքուր ոսկու խտությունը (\( 19,32 գ/սմ^3 \)), ապա թագը իսկապես պատրաստված է մաքուր ոսկուց։ Եթե ոչ, ապա ավելացվել է մեկ այլ մետաղ։
Aplikasi Hukum Արխիմեդ
Արքիմեդեսի կողմից ոսկե թագի առեղծվածը լուծելու համար օգտագործված մեթոդը լայն կիրառություն ունի տարբեր ոլորտներում: Որոշ կարևոր կիրառություններ ներառում են՝
1. Shipbuilding (Pembuatan Kapal): Prinsip Archimedes digunakan untuk merancang kapal agar memiliki daya apung yang cukup untuk mengapung dan menyeimbangkan beban, sekaligus menghitung draft atau kedalaman kapal yang tercelup dalam air.
2. Submersibles: Kapal selam dan perangkat bawah laut lainnya menggunakan prinsip ini untuk mengendalikan buoyancy atau ketinggiannya di bawah air dengan mengatur volume air yang diambil atau dikeluarkan dari ballast tanks.
3. Pengukuran Densitas: Prinsip ini juga digunakan dalam pengukuran densitas atau massa jenis berbagai material. Dengan mencelupkan sampel kecil ke dalam cairan dan mengukur displacement atau perpindahannya, densitas zat tersebut dapat dihitung.
4. Minyak dan Gas: Prinsip ini sangat penting dalam industri minyak dan gas untuk menghitung volume dan mengelola pemisahan antara minyak, air, dan gas dalam separator.
Եզրակացություն
Արքիմեդեսի օրենքի ուսումնասիրությունը՝ Հիերոն II թագավորի թագի իսկությունը որոշելու վերաբերյալ, ոչ միայն գիտական բացատրություն է տալիս լևիտացիայի համար, այլև ցույց է տալիս, թե ինչպես կարելի է կիրառել ֆիզիկայի հիմնական սկզբունքները առօրյա կյանքում գործնական խնդիրներ լուծելու համար: Այս հայտնագործությունը ցույց է տալիս Արքիմեդեսի հանճարեղությունը և դիտարկումն ու փորձարարությունը իր գիտական հետազոտություններում համատեղելու ունակությունը:
Արքիմեդեսի սկզբունքը այսօր էլ արդիական է մնում գիտության և ճարտարագիտության տարբեր ոլորտներում: Մեր պատկերացումները այնպիսի երևույթների մասին, ինչպիսիք են լողունակությունը, խտությունը և հեղուկի տեղաշարժը, ամուր հիմք են հանդիսանում բազմաթիվ ժամանակակից կիրառությունների համար: Արքիմեդեսի պատմությունը նաև մեզ ոգեշնչում է, որ գիտական հայտնագործությունները կարող են բխել մեզ շրջապատող աշխարհի պարզ խորհրդածությունից:
