भौतिकी में तैरना: उत्प्लावन बल को समझना (आर्किमिडीज का सिद्धांत)
उमड़ते बल को समझना: भौतिकी के माध्यम से तैरना
क्या आपने कभी सोचा है कि एक विशाल इस्पात के जहाज का पानी पर तैरना कैसे संभव है जबकि एक छोटा कंकड़ नीचे क्यों डूब जाता है? इसका उत्तर तैराकी बल के दिलचस्प सिद्धांत में है, जिसे आर्किमिडीज़ के सिद्धांत द्वारा स्पष्ट रूप से समझाया गया है। आइए इस वैज्ञानिक यात्रा पर चलें और तैराकी बल के पीछे की जादू को समझें और इसके वास्तविक दुनिया में अनुप्रयोगों को जानें।
उठान बल क्या है?
सरल शब्दों में, उदयकारी बल एक तरल द्वारा किया गया एक ऊर्ध्वाधर बल है जो उसमें डूबे हुए वस्तु के वजन का विरोध करता है। चाहे वह महासागर में तैरता हुआ एक जहाज़ हो या हवा में तैरता हुआ एक हीलियम गुब्बारा, सिद्धांत वही रहता है। संक्षेप में, उदयकारी बल वही है जो तरल में वस्तुओं को तैरने या ऊपर उठने का कारण बनाता है।
आर्किमिडीज का सिद्धांत
दो सहस्त्राब्दी से अधिक समय पहले, प्राचीन ग्रीक गणितज्ञ और आविष्कारक आर्किमीडीज़ ने एक सिद्धांत का निर्माण किया जिसने तरलता की हमारी समझ में क्रांति ला दी। आर्किमीडीज़ का सिद्धांत कहता है कि:
एक तरल में डूबे हुए वस्तु पर तैरने वाली बल उस तरल के वजन के बराबर होता है जिसे वस्तु विस्थापित करती है।
वास्तव में, यदि आप किसी वस्तु को पानी में डुबाते हैं, तो यह एक निश्चित मात्रा के पानी को विस्थापित करेगी। इस विस्थापित पानी का वजन ही तैरने बल का निर्माण करता है।
उत्साह बल का सूत्र
यहां तैरने वाली बल का गणितीय प्रतिनिधित्व है:
उत्साही बल (Fbअवशोषण = द्रव घनत्व (ρ) × वस्तु मात्रा (Vओ ) × गुरुत्वाकर्षण त्वरण (g)
कहाँ:
- तरल घनत्व (ρ) किलोग्राम प्रति घन मीटर (किलोग्राम/मी³) में मापा जाता है
- वस्तु का आयतन (Vओअनुबाद घन मीटर (m³) में मापा जाता है
- गुरुत्वाकर्षण त्वरण (g) पृथ्वी पर लगभग 9.8 मीटर प्रति सेकंड वर्ग (m/s²) है
इनपुट और आउटपुट
ऊपर उठाने वाली शक्ति की गणना के लिए इनपुट हैं:
- तरल घनत्व: वह द्रव cuya घनत्व, जिसमें वस्तु डूबी हुई है (किलोग्राम/घन मीटर)।
- वस्तु की मात्रा: वस्तु के डूबे हुए भाग का आयतन (घन मीटर)
- गुरुत्वाकर्षण acceleration: हालांकि यह पृथ्वी पर सामान्यतः 9.8 m/s² होता है, यह स्थान के अनुसार भिन्न हो सकता है (m/s²)।
आउटपुट है:
- उत्थान बल: वस्तु पर तरल द्वारा लगाए गए ऊर्ध्वाधर बल (न्यूटन, एन)।
एक आकर्षक उदाहरण: तैरता जहाज
एक क्रूज जहाज पर विचार करें जिसमें 50,000 घन मीटर की डूबने वाली मात्रा है, जो समुद्री पानी में तैर रहा है, जिसकी अनुमानित घनत्व 1020 किलोग्राम/घन मीटर है। आर्किमिडीज़ के सिद्धांत को लागू करके, हम जहाज का समर्थन करने वाले अपद्रव बल की गणना कर सकते हैं।
सूत्र का उपयोग करते हुए:
उत्थान बल = तरल घनत्व × वस्तु आकार × गुरुत्वाकर्षण तेजी
उद्वेलन बल = 1020 किलोग्राम/मी³ × 50,000 मी³ × 9.8 मीटर/सेकंड²
उच्चारण बल = 499,800,000 एन
यह परिणाम उस ऊपर की ओर बल को दर्शाता है जो जहाज को तैरते रहने के लिए बनाए रखता है, जो कि 499.8 मिलियन न्यूटन है!
वास्तविक जीवन में उपयोग
उत्थान बल कई वास्तविक जीवन के परिदृश्यों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है:
- सेनानिवास अपने उत्थान को समायोजित करके, पनडुब्बियाँ गोताखोरी या सतह पर आ सकती हैं।
- गर्म हवा के गुब्बारे: गर्मी से गरम हवा द्वारा उत्पन्न लिफ्ट गुब्बारे के अंदर इसे ऊपर उठाने में मदद करती है।
- स्कूबा डाइविंग: डायवर्स पानी में ऊपर या नीचे जाने के लिए अपनी बहाव क्षमता को नियंत्रित करते हैं।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQs)
1. जहाज क्यों तैरते हैं?
जहाज तैरते हैं क्योंकि उनका डिज़ाइन उन्हें पानी के बड़े मात्रा को विस्थापित करने में सक्षम बनाता है, जिससे एक तैरने बल उत्पन्न होता है जो जहाज के वजन के बराबर होता है।
2. यदि वस्तु की घनत्व तरल के घनत्व से अधिक है, तो वस्तु तरल के नीचे डूब जाएगी।
यदि वस्तु की घनत्व तरल की घनत्व से अधिक है, तो वस्तु डूब जाएगी क्योंकि अतलन बल वस्तु के वजन से कम होगा।
3. क्या तैराकी बल गैसों में कार्य कर सकता है?
हाँ, तरंगीय बल सभी तरल पदार्थों में कार्य करता है, जिसमें गैसें भी शामिल हैं। यही कारण है कि हीलियम के गुब्बारे हवा में तैरते हैं।
4. पनडुब्बियों में तैराकी को कैसे नियंत्रित किया जाता है?
पनडुब्बियाँ तैराकी को समायोजित करने के लिए बैलास्ट टैंकों का उपयोग करती हैं, उन्हें पानी (डुबकी लगाने के लिए) या वायु (सतह पर आने के लिए) से भरकर।
सारांश
उत्साही बल एक दिलचस्प अवधारणा है जो समझाती है कि वस्तुएं तरल में तैरती हैं या डूबती हैं। आर्किमिडीज़ के सिद्धांत को लागू करके, हम इस बल को समझ सकते हैं और इसकी गणना कर सकते हैं, जिसके व्यावहारिक निहितार्थ समुद्री अभियंत्रण से लेकर मनोरंजक गतिविधियों तक फैले हुए हैं।
अगली बार जब आप एक जहाज को पानी पर चिकनी गति से तैरते हुए देखें, तो आप भौतिकी के सिद्धांतों के लिए एक गहरी सराहना करेंगे, जो इस तैरने की अद्भुतता को संभव बनाते हैं!
Tags: भौतिक विज्ञान, बल