Arhimede- istoricArhimede- istoric

Arhimede (287-212 î.H.) s-a născut la Arhimede (287-212 î.H.) s-a născut la Siracuza, în Sicilia. El este unul dintre cei mai Siracuza, în Sicilia. El este unul dintre cei mai cunoscuţi învăţaţi ai Greciei antice, considerat cunoscuţi învăţaţi ai Greciei antice, considerat părintele mecanicii.părintele mecanicii.

Întâmplarea care a condus la descoperirea Întâmplarea care a condus la descoperirea legii care-i poartă numele este următoarea: după legii care-i poartă numele este următoarea: după ce a câştigat puterea în Siracuza, Hieron a ce a câştigat puterea în Siracuza, Hieron a hotărât să pună într-un templu o coroană de aur hotărât să pună într-un templu o coroană de aur pe care să o închine zeilor care l-au ajutat în pe care să o închine zeilor care l-au ajutat în obţinerea victoriei. Aurarul care a confecţionat-o obţinerea victoriei. Aurarul care a confecţionat-o i-a adus o coroană minunată. La urechea regelui i-a adus o coroană minunată. La urechea regelui au ajuns însă zvonuri că aurarul ar fi furat o parte au ajuns însă zvonuri că aurarul ar fi furat o parte din aur şi l-ar fi înlocuit cu argint. Regele i-a cerut din aur şi l-ar fi înlocuit cu argint. Regele i-a cerut lui Arhimede să stabilească cu certitudine dacă a lui Arhimede să stabilească cu certitudine dacă a fost înşelat sau nu. fost înşelat sau nu.

Forţa arhimedicăForţa arhimedicăLegea lui ArhimedeLegea lui Arhimede

• Forţa arhimedică reprezintă rezultanta Forţa arhimedică reprezintă rezultanta tuturor forţelor (de apăsare) cu care tuturor forţelor (de apăsare) cu care lichidul, datorită presiunii hidrostatice, lichidul, datorită presiunii hidrostatice, acţionează asupra unui corp acţionează asupra unui corp scufundat într-un lichid.scufundat într-un lichid.

• Legea lui Arhimede afirmă că: Un corp Legea lui Arhimede afirmă că: Un corp scufundat într-un lichid în repaus este scufundat într-un lichid în repaus este împins de jos în sus cu o forţă împins de jos în sus cu o forţă verticală numeric egală cu greutatea verticală numeric egală cu greutatea lichidului dezlocuit de acel corp. lichidului dezlocuit de acel corp.

• forţa arhimedică are direcţie verticală forţa arhimedică are direcţie verticală şi sensul de jos în susşi sensul de jos în sus;;

• modulul forţei arhimedice este egal cu modulul forţei arhimedice este egal cu modulul greutăţii lichidului dezlocuit modulul greutăţii lichidului dezlocuit de corpde corp;;

• punctul de aplicaţie al forţei punctul de aplicaţie al forţei arhimedice se numeşte centru de arhimedice se numeşte centru de presiune. El coincide cu centrul de presiune. El coincide cu centrul de greutate al corpului dacă acesta este greutate al corpului dacă acesta este omogen şi complet scufundat în lichid.omogen şi complet scufundat în lichid.

• valoarea forţei arhimedice nu depinde de valoarea forţei arhimedice nu depinde de adâncimea la care este scufundat corpuladâncimea la care este scufundat corpul;;

• valoarea forţei arhimedice depinde de valoarea forţei arhimedice depinde de natura lichidului fiind cu atât mai mare cu natura lichidului fiind cu atât mai mare cu cât densitatea lichidului este mai mare;cât densitatea lichidului este mai mare;

• valoarea forţei arhimedice nu depinde de valoarea forţei arhimedice nu depinde de masa corpului scufundat dacă volumul masa corpului scufundat dacă volumul corpului nu se modifică;corpului nu se modifică;

• valoarea forţei arhimedice creşte cu valoarea forţei arhimedice creşte cu volumul corpului scufundatvolumul corpului scufundat..

Plutirea corpurilorPlutirea corpurilor

Exista 3 Exista 3 situaţii situaţii distincte:distincte:

• corpul cade la fund : corpul cade la fund : G>F;G>F;

• corpul rămâne în corpul rămâne în echilibru în interiorul echilibru în interiorul lichidului : G=F;lichidului : G=F;

• corpul se ridică la corpul se ridică la suprafaţa lichidului suprafaţa lichidului ajungând în final să ajungând în final să plutească la plutească la suprafaţa acestuia : suprafaţa acestuia : G<F.G<F.

Un iceberg este un bloc imens de gheaţă Un iceberg este un bloc imens de gheaţă desprins dintr- o banchiză şi aflat în derivă pe desprins dintr- o banchiză şi aflat în derivă pe mare.mare.

TransformânduTransformându-- se în gheaţă, apa îşi se în gheaţă, apa îşi măreşte volumul. Densitatea gheţii este de 920 măreşte volumul. Densitatea gheţii este de 920 kgkg/ / mm33, mai mică decât a apei de mare, egală , mai mică decât a apei de mare, egală cu aproximativ 1030 kgcu aproximativ 1030 kg/ / m3. Diferenţa între m3. Diferenţa între densitatea apei de mare şi a gheţii fiind mică, densitatea apei de mare şi a gheţii fiind mică, rezultă că fracţiunea din volumul total al rezultă că fracţiunea din volumul total al icebergului care iese deasupra apei este mică, icebergului care iese deasupra apei este mică, aproximativ 1/10.aproximativ 1/10.

Volumul rămas sub apa, aproximativ 9Volumul rămas sub apa, aproximativ 9/ 10 / 10 din total, este de 9 ori mai mare decât volumul din total, este de 9 ori mai mare decât volumul vizibil, ceea ce îl face deosebit de periculos vizibil, ceea ce îl face deosebit de periculos pentru navigaţie. În 1912, pachebotul titanic a pentru navigaţie. În 1912, pachebotul titanic a naufragiat în cateva momente izbindu- se de un naufragiat în cateva momente izbindu- se de un iceberg. Au fost peste 1500 de persoane iceberg. Au fost peste 1500 de persoane înecate. Era prima şi ultima calatorie a vasului. înecate. Era prima şi ultima calatorie a vasului.

În anumite ţări producatoare de lemn În anumite ţări producatoare de lemn

sunt utilizate cursurile de apă pentru a sunt utilizate cursurile de apă pentru a transporta trunchiurile copacilor tăiaţi spre transporta trunchiurile copacilor tăiaţi spre fabricile de cherestea, situate adesea la km fabricile de cherestea, situate adesea la km depărtare de padure. Trunchiurile coboară depărtare de padure. Trunchiurile coboară râurile în voia curentului. Uneori, din ele se râurile în voia curentului. Uneori, din ele se fac plute, conduse de un plutaş care le fac plute, conduse de un plutaş care le conduce la vale când cursul de apă este conduce la vale când cursul de apă este vijelios. Acest mijloc de transport este lent vijelios. Acest mijloc de transport este lent dar ieftin.dar ieftin.

Datorită formei lor, navele dislocuiesc Datorită formei lor, navele dislocuiesc un volum foarte mare de apă şi, în un volum foarte mare de apă şi, în consecinţă, forţa arhimedică aplicată parţii consecinţă, forţa arhimedică aplicată parţii scufundate în apă ecilibrează greutatea lor. scufundate în apă ecilibrează greutatea lor. Când nava este încarcată se scufundă mai Când nava este încarcată se scufundă mai mult în apă, astfel că forţa arhimedică creşte mult în apă, astfel că forţa arhimedică creşte şi ea. Există totuşi o limită de încărcare şi ea. Există totuşi o limită de încărcare pentru menţinerea stabilităţii. Ea pentru menţinerea stabilităţii. Ea corespunde scufundării navei până la linia corespunde scufundării navei până la linia de plutire marcată pe corpul său.de plutire marcată pe corpul său.

La o navă, centrul de presiune (punctul La o navă, centrul de presiune (punctul de aplicaţie al forţei arhimedice) nu coincide de aplicaţie al forţei arhimedice) nu coincide cu centrul de greutate. Datorită formei cu centrul de greutate. Datorită formei carenei, centrul de presiune ocupă un loc carenei, centrul de presiune ocupă un loc variabil în funcţie de poziţia navei, pe când variabil în funcţie de poziţia navei, pe când centrul de greutate este fix. Când vasul se centrul de greutate este fix. Când vasul se apleacă într-o parte sau în alta, forţa apleacă într-o parte sau în alta, forţa arhimedică şi greutatea formează un cuplu arhimedică şi greutatea formează un cuplu de forţe care echilibrează vasul şi-l readuce de forţe care echilibrează vasul şi-l readuce la poziţia verticală.la poziţia verticală.

Submarinele moderne se pot Submarinele moderne se pot scufunda pâna la o adâncime de 6000 de scufunda pâna la o adâncime de 6000 de metri. Pereţii dubli de oţel, groşi de 4 metri. Pereţii dubli de oţel, groşi de 4 centimetri rezistă la presiunea enormă centimetri rezistă la presiunea enormă existentă la o asemenea adâncime. Există existentă la o asemenea adâncime. Există de asemenea staţii subacvatice în care de asemenea staţii subacvatice în care lucrează cercetatori marini, la adâncimi de lucrează cercetatori marini, la adâncimi de până la 100 de metri.până la 100 de metri.

Submarinele utilizează forţa Submarinele utilizează forţa ascensională pentru a pluti. În interiorul ascensională pentru a pluti. În interiorul navei se găsesc spaţii goale care pot fi navei se găsesc spaţii goale care pot fi umplute cu apă. Sunt aşa zisele umplute cu apă. Sunt aşa zisele rezervoare de scufundare. Când acestea rezervoare de scufundare. Când acestea sunt goale, greutatea navei este mai mică sunt goale, greutatea navei este mai mică decat forţa de ascensiune, iar submarinul decat forţa de ascensiune, iar submarinul rămane la suprafată. rămane la suprafată.

În momentul în care comandantul În momentul în care comandantul ordonă pomparea de apă de mare în ordonă pomparea de apă de mare în rezervoare, nava se îngreunează. rezervoare, nava se îngreunează. Greutatea depaşeşte forţa de ascensiune Greutatea depaşeşte forţa de ascensiune şi astel se scufundă. Reglând cantitatea de şi astel se scufundă. Reglând cantitatea de apă din rezervoare astfel încât greutatea apă din rezervoare astfel încât greutatea să fie egală cu forţa de ascensiune, să fie egală cu forţa de ascensiune, submarinul este capabil să plutească la submarinul este capabil să plutească la orice adâncime. Pentru ridicarea la orice adâncime. Pentru ridicarea la suprafaţă rezervoarele sunt golite cu suprafaţă rezervoarele sunt golite cu ajutorul aerului comprimat. Drept urmare ajutorul aerului comprimat. Drept urmare greutatea submarinului scade. Forţa de greutatea submarinului scade. Forţa de ascensiune crescând, nava ajunge înapoi ascensiune crescând, nava ajunge înapoi la suprafată.la suprafată.

Batiscaful este un submarin în miniatură Batiscaful este un submarin în miniatură care este folosit pentru a coborâ la mari care este folosit pentru a coborâ la mari dimensiuni. Pentru a rezista la presiunile foarte dimensiuni. Pentru a rezista la presiunile foarte mari provenite din partea apei, cabina acestuia mari provenite din partea apei, cabina acestuia este de formă sferică şi este confecţionată din este de formă sferică şi este confecţionată din oţel cu pereţi foarte groşi. Pentru a coborâ în oţel cu pereţi foarte groşi. Pentru a coborâ în adâncuri se foloseşte un lest din fontă care adâncuri se foloseşte un lest din fontă care este aruncat atunci când batiscaful revine la este aruncat atunci când batiscaful revine la suprafaţă.suprafaţă.

Flotorul rezervoarelor de Flotorul rezervoarelor de apăapă

Echilibrul vaselorEchilibrul vaselor

Rezervoarele hidrofoarelor sau Rezervoarele hidrofoarelor sau instalaţiilor sanitare se umplu automat cu instalaţiilor sanitare se umplu automat cu apă şi umplerea se opreşte îndată ce apă şi umplerea se opreşte îndată ce nivelul apei este suficient.nivelul apei este suficient. Cum se realizează aceasta?Cum se realizează aceasta?

Se utilizează un flotor din poliestiren Se utilizează un flotor din poliestiren sau o sferă goală din metal legată de un sau o sferă goală din metal legată de un dop supapă ce închide conducta de dop supapă ce închide conducta de alimentare cu apa printr- un sistem de tije alimentare cu apa printr- un sistem de tije articulate. Când nivelul apei creşte, articulate. Când nivelul apei creşte, flotorul este antrenat în sus, ceea ce flotorul este antrenat în sus, ceea ce provoacă deplasarea tijelor; dopul supapă provoacă deplasarea tijelor; dopul supapă închide atunci orificiul de curgere al apei. închide atunci orificiul de curgere al apei. Când bazinul se goleşte de apă, flotorul Când bazinul se goleşte de apă, flotorul coboară, ceea ce antrenează automat coboară, ceea ce antrenează automat deschiderea orificiului de alimentare. deschiderea orificiului de alimentare.

Densimetrele sunt Densimetrele sunt aparate care permit aparate care permit determinarea directă a determinarea directă a densităţii unui lichid. densităţii unui lichid.

Un densimetru este Un densimetru este alcătuit din:alcătuit din:

• o tija de sticlă (1), cu atât o tija de sticlă (1), cu atât mai lungă cu cât lichidele a mai lungă cu cât lichidele a căror densitate o măsuram căror densitate o măsuram cu el sunt mai dense.cu el sunt mai dense.

• Plutitor (carena) cu sticlă Plutitor (carena) cu sticlă care conţine aer(2).care conţine aer(2).

• Lest (3) învelit în sticlă. Lest (3) învelit în sticlă. Este alcătuit din alice mici Este alcătuit din alice mici de plumb.Acesta permite de plumb.Acesta permite aparatului cufundat în aparatului cufundat în lichid să păstreze o poziţie lichid să păstreze o poziţie perfect verticală.perfect verticală.

O O aeronavăaeronavă este orice echipament este orice echipament capabil să se deplaseze prin aer pentru a capabil să se deplaseze prin aer pentru a efectua un transport util, iar menţinerea în efectua un transport util, iar menţinerea în atmosferă se efectuează cu ajutorul altor atmosferă se efectuează cu ajutorul altor reacţii ale aerului decât cele asupra suprafeţei reacţii ale aerului decât cele asupra suprafeţei pământului.pământului.

Se pot distinge două categorii de Se pot distinge două categorii de aeronave:aeronave:

• aerostate : aeronave mai uşoare decât aerul aerostate : aeronave mai uşoare decât aerul având masa mai mică decât masa volumului având masa mai mică decât masa volumului de aer dizlocuit. Susţinerea lor în atmosfera de aer dizlocuit. Susţinerea lor în atmosfera terestră este asigurată de forţa arhimedică. terestră este asigurată de forţa arhimedică.

• aerodine : aeronave mai grele decât aerul.aerodine : aeronave mai grele decât aerul.

Aerostatele pot fi de mai multe tipuri:Aerostatele pot fi de mai multe tipuri:

• baloane::– cu aer caldcu aer cald;;

- - cu gaz mai uşor decât aerulcu gaz mai uşor decât aerul..

• dirijabile dirijabile

Baloanele sunt formate dintr-o învelitoare de Baloanele sunt formate dintr-o învelitoare de formă sferică, impermeabilă, cu interiorul umplut cu formă sferică, impermeabilă, cu interiorul umplut cu aer cald sau gaze mai uşoare decât aerul (de exemplu aer cald sau gaze mai uşoare decât aerul (de exemplu cu cu heliuheliu sau sau hidrogenhidrogen). Învelitorii balonului de obicei i ). Învelitorii balonului de obicei i se ataşază o se ataşază o nacelănacelă.. Învelitoarea balonului poate fi închisă Învelitoarea balonului poate fi închisă ermetic, cazul ermetic, cazul baloanelor sub presiunebaloanelor sub presiune, sau poate fi , sau poate fi prevăzută la partea inferioară cu o deschidere (prin prevăzută la partea inferioară cu o deschidere (prin care gazul nu poate ieşi, gazul fiind mai uşor decât care gazul nu poate ieşi, gazul fiind mai uşor decât aerul).aerul).

Pentru a se înălţa, este necesar să se arunce din Pentru a se înălţa, este necesar să se arunce din balast, de obicei nisip, transportat în saci legaţi împrejurul balast, de obicei nisip, transportat în saci legaţi împrejurul nacelei. Pentru a coborî, se deschide supapa, pentru a nacelei. Pentru a coborî, se deschide supapa, pentru a elibera gaz. În partea de jos a învelitorii impermeabile se elibera gaz. În partea de jos a învelitorii impermeabile se găseşte un apendice prevăzut cu o supapă, atât pentru găseşte un apendice prevăzut cu o supapă, atât pentru umflare cât şi pentru eliberarea gazului care se dilată odată umflare cât şi pentru eliberarea gazului care se dilată odată cu creşterea altitudinii. Pentru cazul în care la aterizare este cu creşterea altitudinii. Pentru cazul în care la aterizare este un vânt puternic, pentru a se evita târârea balonului pe sol un vânt puternic, pentru a se evita târârea balonului pe sol pe distanţe lungi, este prevăzută şi o supapă pentru pe distanţe lungi, este prevăzută şi o supapă pentru evacuarea rapidă a gazului.evacuarea rapidă a gazului.

Pentru ca balonul să se ridice de la pământ sau să urce Pentru ca balonul să se ridice de la pământ sau să urce în atmosferă, această forţă ascensională trebuie să fie mai în atmosferă, această forţă ascensională trebuie să fie mai mare decât suma greutatăţilor componentelor balonului mare decât suma greutatăţilor componentelor balonului (nacelă, balast, învelitoare şi încărcătură utilă).(nacelă, balast, învelitoare şi încărcătură utilă).

La început, se folosea La început, se folosea hidrogenulhidrogenul pentru umflarea pentru umflarea baloanelor, dar datorită pericolului de incendiu s-a trecut baloanelor, dar datorită pericolului de incendiu s-a trecut ulterior la ulterior la heliuheliu..

Utilizarea baloanelorUtilizarea baloanelor

Baloanele pot fi utilizate ca: jucării pentru Baloanele pot fi utilizate ca: jucării pentru

copii, în scop decorativ, servicii poştale, pentru copii, în scop decorativ, servicii poştale, pentru reclamă, baloane solare, purtătoare de surse reclamă, baloane solare, purtătoare de surse luminoase, purtătoare de aparate fotografice sau luminoase, purtătoare de aparate fotografice sau camere de filmat, baloane metereologice (care camere de filmat, baloane metereologice (care transportă instrumente de măsură), baloane cu transportă instrumente de măsură), baloane cu aer cald cu transport de persoane (turism, aer cald cu transport de persoane (turism, agrement), spionaj, purtătoare de bombe (în agrement), spionaj, purtătoare de bombe (în domeniul militar).domeniul militar).

Dirijabilele sunt Dirijabilele sunt alcătuite dintr-o alcătuite dintr-o anvelopă alungită şi anvelopă alungită şi un motor. Acesta din un motor. Acesta din urmă pune în urmă pune în funcţiune un motor funcţiune un motor prevăzut cu o elice.prevăzut cu o elice.

BibliografieBibliografie