اصل ارشمیدس و ارتباط آن با غواصی

تاریخچه اصل ارشمیدس

ارشمیدس کیست؟

ارشمیدس دانشمند و ریاضیدان یونانی است که در سال 278 قبل از مبلاد در شهر سیراکوز یونان به دنیا آمد. سال 212 قبل از میلاد، رومیان به سیراکوز حمله کردند و وقتی ارشمیدس درحال حل مسئله ریاضی بود قربانی دست رومیان شد. آخرین جمله اون این بود: دایره‌هایم را خراب نکنید. 

کشف ارشمیدس (یافتم! یافتم!)

پادشاه سیراکوز، هیرو؛ یه یک زرگر گفته بود تا از طلای خالص برایش تاج طلا بسازد. تاج تکمیل شد و به پادشاه رسید. پادشاه شک داشت که آیا آن زرگر از تمام طلا در ساخت تاج استفاده کرده یا خیر؟ شاه از دوست خود ارشمیدس خواست تا بفهمد تاج از طلای خالص است یا خیر. در آن زمان شیمی به اندازه ریاضی پیشرفت نکرده بود. ارشمیدس هم ریاضیدان توانمندی بود. ارشمیدس می‌دانست که با پیدا کردن حجم تاج، می‌تواند بفهمد که آیا تاج با طلای خالص درست یا فلزات دیگر هم در آن به کار رفته است. وقتی وارد خزینه شد، دید که از آن به بیرون آب ریخت. متوجه شد که حجم آبی که بیرون ریخته با حجم قسمت از بدن او که وارد آب شده، برابر است. پی برد که می‌تواند با قرار دادن تاج داخل ظرف آب، از حجم آبی که از ظرف سرریز می‌شود یا بالا می‌آید، حجم تاج را می‌فهمد.

او از هیجان برهنه از حمام بیرون پرید و گفت اورکا! اورکا! (یافتم! یافتم!). در آزمایش مشخص شد که تاج نسبت به شمش طلای هم وزن‌اش آب بیشتری را سرریز می‌کند و نسبت به شمش نقره نیز کمتر است. این‌گونه ثابت شد که تاج از طلای خالص ساخته نشده و جواهرساز از مخلوط طلا و نقره استفاده کرده. با این کار دیگر می‌توان حجم اجسامی که شکل نامنظم دارند را از مقدار آبی که جابه‌جا می‌کنند اندازه گرفت.

اصل ارشمیدس (Archimedes' principle)

اصل ارشمیدس بیان می‌کند که هرگاه جسمی وارد مایع بشود، مقداری از مایع را جابه‌جا می‌کند که منجر به سبک شدن جسم می‌شود. به مقدار آب جابه‌جا شده یا به بیان دیگر، به این نیرو نیروی شناوری گفته می‌شود. 

به بیان دیگر می‌توان گفت، به اندازه حجم آب جابه‌جا شده از وزن جسم کم می‌شود.

اصل ارشمیدس بیان می‌کند که وقتی جسم وارد آب (مایع) شود، سه حالت را به‌وجود می‌آورد:

1. شناوری مثبت: وقتی حجم آب جابجا شده از وزن جسم بیشتر است (v>m)، جسم به بالا می‌رود.
2. شناوری خنثی: وقتی حجم آب جابجا شده برابر با جسم باشد (v=m)، جسم ثابت می‌ماند.
3. شناوری منفی: وقتی حجم آب جابجا شده از وزن جسم کمتر باشد (v<m)، جسم به پایین می‌رود.

اصل ارشمیدس در غواصی

حال که با مفهوم این قانون فیزیک آشنا شدید، خواهید دید چه تاثیر برعملکرد شما در غواصی خواهد داشت. مطابق به اصل ارشمیدس، شما به عنوان یک غواص باید به شناوری خنثی برسید. چرا؟

اگر شناوری غواصی مثبت باشد: به سطح آب بالا می‌رود.

اگر شناوری غواص خنثی باشد: در یک عمق ثابت می‌ماند.

اگر شناوری غواصی منفی باشد: به کف آب می‌رود.

در نتیجه بهترین نوع شناوری برای غواصان، شناوری خنثی است؛ وقتی که حجم آب جابجا شده با وزن غواص برابر باشد.

اما چگونه شناوری خنثی داشته باشیم؟

بهترین راه برای کنترل شناوری، تنفس است. با ریتم تنفسی خود و حجم ریه‌ها، می‌توانیم شناوری خود را کنترل کنیم. 

دیگر عوامل تاثیرگذار در کنترل شناوری: 

• جلیقه کنترل شناوری: دارای شناوری مثبت، خنثی و منفی (قابل تنظیم)
• وت سوت (لباس غواصی): دارای شناوری مثبت
• کمربند وزنه: شناوری خنثی
• آب سرد: شناوری مثبت

نکته: 1 لیتر آب شیرین، 1 کیلوگرم است اما 1 لیتر آب شور، 1/03 کیلوگرم است؛ درنتیجه بر شناوری تاثیر می‌گذارد. برای مثال جسمی که در آب شیرین شناوری دارد، در آب شور شناوری مثبت دارد.

فیلم آموزش اصل ارشمیدس

بیشتر بخوانید: دوره آموزش غواصی آبان 1402