Archimedes i jego prawo

Był to niezwykle uzdolniony i ekscentryczny badacz. Jego ojciec, astronom Fidiasz już od najmłodszych lat wpajał mu zainteresowanie nauką. Młody Archimedes uczył się w aleksandryjskiej bibliotece, ówczesnym odpowiedniku uniwersytetów. O jego odkryciach krąży wiele anegdot, przez co dziś określilibyśmy go mianem „szalonego naukowca”. Przyjrzyjmy się jego najsłynniejszemu dziełu, prawie wyporu.

Zacznijmy od legendy o jego odkryciu. Otóż Hieron II, władca Syrakuz podejrzewał, że korona, która miała być cała ze złota, wcale nie jest wykonana ze szlachetnego kruszcu. Wtedy można było to potwierdzić, jedynie zginając badaną rzecz, gdyż złoto jest dość miękkie. To jednak mogłoby doprowadzić do zniszczenia przedmiotu. Co zrobił Archimedes? Rozmyślając w wannie, zauważył, że jego ciało w wodzie wydaje się lżejsze niż w rzeczywistości. Tak doszedł do istnienia siły wyporu i tym samym do rozwiązania zagadki. Porównując bryłę złota ważącą tyle samo, co korona, stwierdził, że Hieron II miał rację i złotnik nieudolnie próbował go oszukać. A czym jest siła wyporu? Siła ta jest równa iloczynowi gęstości płynu, przyspieszenia grawitacyjnego i objętości części ciała zanurzonej w płynie.

Wynalazki i eksperymenty

Gdzie możemy się spotkać z prawami Archimedesa? Po pierwsze, w naturze. Ryby posiadają pęcherz pławny, który umożliwia im utrzymywanie się na określonej głębokości wody. Narząd ten wypełnia się powietrzem, co zmienia ciężar właściwy zwierzęcia. Zgodnie z prawem o sile wyporu,  spowoduje to zmianę wysokości zanurzenia. Innym przykładem zastosowania prawa Archimedesa jest termometr Galileusza. Obecnie jest głównie zabawką wykorzystywaną na pokazach fizycznych, niemniej jednak zastanówmy się, jak działa. Jest zbudowany z przezroczystego zbiornika, wypełnionego wodą. Do jego środka wrzucamy tak przygotowane pływaki, żeby każdy z nich pozostawał w równowadze (czyli ani nie tonął, ani nie wypływał) w innej temperaturze. Choć jest to niepraktyczne rozwiązanie, bo dla każdej temperatury, jaką chcemy pokazać, musimy mieć osobny pływak, to na tamte czasy był to bardzo ciekawy pomysł.

Wynalazkiem, w którym stosujemy prawo o sile wyporu, jest areometr. To urządzenie zostało wymyślone już w IV wieku naszej ery i służy do pomiaru gęstości cieczy. Badanie takie jest bardzo proste, wystarczy do menzurki wlać płyn w odpowiedniej temperaturze i umieścić areometr w naczyniu. Przyrząd ten zazwyczaj ma skalę, zatem już z niego można odczytać żądaną wartość.  Jednak nawet jeśli brakuje miarki, gęstość można łatwo policzyć, właśnie dzięki prawu Archimedesa. Jego bardziej codziennym zastosowaniem jest balon na gorące powietrze. Siła nośna balonu wynika z różnicy gęstości ogrzanego powietrza w jego środku oraz zimnego na zewnątrz. Ponadto, aby zwiększyć tę siłę, producenci stosują różne triki, na przykład wewnątrz balonu umieszczają drugi, mniejszy oraz wypełniony dużo lżejszym gazem niż powietrze – helem.