Plūdrumas (Archimedo dėsnis) — reikšmė, principas ir panaudojimas

Sužinokite plūdrumo (Archimedo dėsnio) reikšmę, veikimo principą ir praktinį panaudojimą laivams, balionams bei inžinerijai — aiškiai, suprantamai ir su pavyzdžiais.

Fizikoje plūdrumas (tariama /ˈbɔɪ. ənsi/) yra jėga, veikanti kūną skystyje arba ore ir linkusi stumti jį aukštyn. Terminas kilęs iš ispanų žodžio boyar, reiškiančio „plūduriuoti“. Plūdrumą sukelia aplinkinės terpės — skysčio arba oro — slėgio skirtumas veikiančiame kūno priekyje ir apačioje, todėl iš esmės tai yra jėga, kuri priešinga gravitacijai.

Archimedo dėsnis

Archimedo dėsnis teigia, kad kūną skystyje arba dujose veikiančioji plūdrumo jėga lygi to skysčio (ar dujų), kurį kūnas išstumia, svorio dydžiui. Tai reiškia, kad plūdrumo jėga priklauso ne nuo kūno medžiagos masės tiesiogiai, o nuo išstumto terpės tūrio ir tos terpės tankio. Matematiškai tai aprašoma taip:

F_plūdr = ρ_terp · V_išstumto · g

čia ρ_terp — terpės (skysčio arba dujų) tankis, V_išstumto — kūno išstumtas tūris, g — gravitacijos pagreitis.

Kaip nustatoma, ar kūnas plūduriuos ar skęs

• Jei kūno vidutinė tankis yra mažesnis už aplinkinio skysčio tankį, kūnas plūduriuos.
• Jei kūno vidutinė tankis yra didesnis — kūnas skęs.
• Jei tankiai lygūs, kūnas iš dalies panirs ir išliks bet kurioje būsenoje (nejudėdamas aukštyn arba žemyn), vadinamoje neutraliu plūdrumu.

Pavyzdys: 1 m³ gėlo vandens sveria maždaug 1000 kg, tad jo svoris yra apie 9 800 N (naudojant g ≈ 9,81 m/s²). Kūnas, išstumęs 1 m³ vandens, patirs aukštyn nukreiptą plūdrumo jėgą maždaug 9 800 N.

Stabilumas ir centrai

Plūduriuojančių objektų stabilumą lemia svorio centras ir plūdrumo centras (dar vadinamas išstumto tūrio centro). Jei plūdrumo centras yra aukščiau svorio centro arba metacentras yra tinkamoje padėtyje, laivas ar kita plūduriuojanti konstrukcija bus stabili; priešingu atveju ji gali apvirsti ar prarasti pusiausvyrą.

Praktinis panaudojimas

Plūdrumas yra pagrindinis principas daugelyje technologijų ir kasdienių prietaisų. Kai kurie svarbiausi panaudojimo pavyzdžiai:

• Transporto priemonės: konstrukcijos, kurios plūduriuoja ant vandens — nuo mažų valtims iki didžiųjų laivų — projektuojamos taip, kad išstumtų pakankamai vandens, jog plūdrumo jėga atitiktų jų sunkį.
• Dirižabliai ir balionai: kyla, kai jų viduje esantis dujų ar oro tankis yra mažesnis už aplinkos oro tankį.
• Povandeninės transporto priemonės (pvz., povandeniniai laivai): naudojamos balasto talpos užpildyti arba išleisti, taip keičiamas bendras laivo tankis ir pasiekiamas nuskendimas arba pakilimas.
• Matuokliai ir prietaisai: hidrometrai ir kiti prietaisai matuoja skysčių tankį pagal plūdrumą.
• Dydžių apskaičiavimas inžinerijoje: laivų projektavime svarbu apskaičiuoti išstumtą tūrį, metacentro aukštį ir saugų krovinio pasiskirstymą.
• Panardinamiems ir plaukiojantiems įrenginiams — nardymo įranga ir plūdės su svoriais — reikia valdyti plūdrumą žmogaus saugumui ir funkcionalumui.

Istorinis užrašas

Archimedas aptiko plūdrumo principą senovėje; pagal legendą, jis pastebėjo, kad panardintas kūnas išstumia vandenį, ir garsiai sušuko „Eureka!“ atradęs, kaip nustatyti objektų tankį ir plūdrumą. Jo atradimas tapo vienu pagrindinių hidromechanikos dėsnių.

Apibendrinant: plūdrumas yra svarbi fizikos sąvoka, paaiškinanti, kodėl daiktai plūsta arba skęsta; tai universali jėga, priklausanti išstumto skysčio tūrį ir tankį, turinti plačias praktines taikymo sritis laivybai, aviacijai, matavimams ir inžinerijai.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra plūdrumas?

K: Iš kur kilęs žodis "plūdrumas"?

K: Kokia yra grynoji aukštyn kylanti plūdrumo jėga?

K: Ką plūdrumo jėga leidžia daryti objektui?

K: Kokios transporto priemonės naudoja plūdrumą?

K: Kaip sukuriamas plūdrumas?

K: Kodėl plūdrumas yra svarbus?

Paieška pagal raidę