आर्किमिडीज़ का सिद्धांत

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत कहता है कि किसी वस्तु पर तरल में डूबने पर लगने वाला ऊपर की ओर उत्प्लावन बल, चाहे वस्तु पूरी तरह डूबी हो या आंशिक रूप से, उस तरल के वजन के बराबर होता है जिसे वस्तु विस्थापित करती है। यह सिद्धांत द्रव यांत्रिकी में मूलभूत है और इसके विभिन्न क्षेत्रों में कई अनुप्रयोग हैं।

जब कोई वस्तु किसी तरल में रखी जाती है, तो वस्तु के ऊपरी और निचले सतहों के बीच दबाव के अंतर के कारण उस पर एक ऊपर की ओर बल लगता है। इस दबाव के अंतर से एक शुद्ध ऊपर की ओर बल उत्पन्न होता है जिसे उत्प्लावन कहा जाता है। उत्प्लावन बल की मात्रा उस तरल के वजन के बराबर होती है जिसे वस्तु विस्थापित करती है।

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत वस्तु के आकार, घनत्व या वजन पर निर्भर नहीं करता है। यह पूरी तरह डूबी हुई और आंशिक रूप से डूबी हुई दोनों प्रकार की वस्तुओं पर लागू होता है। तैरती हुई वस्तुओं के लिए, उत्प्लावन बल वस्तु के वजन के बराबर होता है, जिससे संतुलन की स्थिति बनती है।

इस सिद्धांत के व्यावहारिक अनुप्रयोग वस्तुओं के घनत्व को निर्धारित करने, जहाजों और पनडुब्बियों को डिज़ाइन करने और द्रव गतिकी को समझने में होते हैं। यह यह भी समझाता है कि वस्तुएं पानी या अन्य तरलों में डूबने पर हल्की क्यों प्रतीत होती हैं।

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत व्याख्या

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत कहता है कि जब कोई वस्तु किसी तरल में डूबती है, तो उस पर एक ऊपर की ओर उत्प्लावन बल लगता है जो उस तरल के वजन के बराबर होता है जिसे वस्तु विस्थापित करती है। यह सिद्धांत तरलों में वस्तुओं के व्यवहार को समझने के लिए मूलभूत है और इसके विभिन्न क्षेत्रों में कई अनुप्रयोग हैं।

विचार कीजिए एक अनियमित आकृति की वस्तु को किसी द्रव, जैसे पानी, में डूबा हुआ। द्रव वस्तु की सतह पर दबाव डालता है, जो गहराई के साथ बदलता है। वस्तु के तल पर दबाव ऊपर की तुलना में अधिक होता है। दबाव में यह अंतर एक शुद्ध ऊपर की ओर बल उत्पन्न करता है जिसे उत्प्लावन बल कहा जाता है।

उत्प्लावन बल का परिमाण उस द्रव के भार के बराबर होता है जिसे वस्तु विस्थापित करती है। इसे इस कल्पना से समझा जा सकता है कि वस्तु को समान आयतन के द्रव से बदल दिया गया है। विस्थापित द्रव का भार वस्तु पर काररत उत्प्लावन बल के समान होता है।

उदाहरण:

1. तैरती हुई वस्तुएँ: वस्तुएँ जो डूबे हुए द्रव से कम घनत्व की हों, उन पर उत्प्लावन बल उनके भार से अधिक लगता है, जिससे वे तैरती हैं। उदाहरण के लिए, एक नाव पानी पर इसलिए तैरती है क्योंकि नाव का औसत घनत्व पानी के घनत्व से कम होता है।

2. पनडुब्बियाँ: पनडुब्बियाँ अपने बैलास्ट टैंकों में पानी लेने या निकालने से अपने उत्प्लावन को नियंत्रित कर सकती हैं। जब वे डूबना चाहती हैं, तो पानी लेकर अपना घनत्व बढ़ा देती हैं, जिससे उत्प्लावन बल घट जाता है और वे डूब जाती हैं। पुनः सतह पर आने के लिए वे पानी निकाल देती हैं, जिससे उनका घनत्व घटता है और उत्प्लावन बल बढ़ जाता है।

3. हाइड्रोमीटर: हाइड्रोमीटर द्रवों के घनत्व को मापने के लिए उपयोग होने वाले उपकरण हैं। ये आर्किमिडीज़ के सिद्धांत पर कार्य करते हैं। एक हाइड्रोमीटर द्रव में तैरता है, और जिस गहराई तक वह डूबता है वह द्रव के घनत्व के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

4. हॉट एयर बैलून: हॉट एयर बैलून ऊपर उठते हैं क्योंकि बैलून के अंदर की गर्म हवा बाहर की ठंडी हवा की तुलना में कम घनी होती है। बैलून पर लगने वाला उत्प्लावक बल इसके वजन से अधिक होता है, जिससे यह ऊपर चढ़ता है।

5. स्कूबा डाइविंग: स्कूबा डाइवर पानी के भीतर अपने उत्प्लावक को नियंत्रित करने के लिए बॉयएंसी कम्पेंसेटर (BC) पहनते हैं। BC से हवा को जोड़कर या छोड़कर डाइवर अपनी घनत्व को समायोजित कर सकते हैं और तटस्थ उत्प्लावकता प्राप्त कर सकते हैं, जिससे वे तेजी से डूबे या तैरने के बिना वांछित गहराई पर निलंबित रह सकते हैं।

6. फिशिंग फ्लोट्स:

   • फिशिंग फ्लोट मछली पकड़ने की लाइनों और चारों को पानी में निलंबित रखने के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं। ये कॉर्क या प्लास्टिक जैसे कम घनत्व वाले सामग्रियों से बने होते हैं, जो पानी का महत्वपूर्ण आयतन विस्थापित करते हैं, जिससे उन्हें तैराए रखने के लिए पर्याप्त उत्प्लावक बल बनता है।

7. आइसबर्ग्स:

   • आइसबर्ग्स पानी में इसलिए तैरते हैं क्योंकि बर्फ तरल पानी की तुलना में कम घनी होती है। पानी द्वारा लगाया गया उत्प्लावक बल आइसबर्ग को तैराए रखता है, जिसमें केवल एक छोटा हिस्सा ही पानी की सतह के ऊपर दिखाई देता है।

8. मरकरी बैरोमीटर:

   • मरकरी बैरोमीटर उत्प्लावकता के सिद्धांत का उपयोग करके वायुमंडलीय दबाव को मापते हैं। बैरोमीटर में मरकरी कॉलम की ऊंचाई उस हवा के वजन द्वारा निर्धारित होती है जो मरकरी की सतह पर दबाव डालती है, जो हवा द्वारा मरकरी पर लगाए गए उत्प्लावक बल से संतुलित होता है।

संक्षेप में, आर्किमिडीज़ का सिद्धांत उन वस्तुओं पर लगने वाले ऊपर की ओर उत्प्लावन बल की व्याख्या करता है जो द्रवों में डूबी होती हैं। इस सिद्धांत के विभिन्न क्षेत्रों में व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं, जिनमें जहाज़ निर्माण, पनडुब्बी डिज़ाइन, घनत्व मापन और स्कूबा डाइविंग शामिल हैं।

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत सूत्र

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत कहता है कि किसी वस्तु पर लगने वाला ऊपर की ओर उत्प्लावन बल, चाहे वह पूरी तरह डूबी हो या आंशिक रूप से, उस द्रव के वज़न के बराबर होता है जिसे वह वस्तु विस्थापित करती है। यह सिद्धांत उत्प्लावन और तैरने की समझ के लिए मौलिक है।

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत सूत्र इस प्रकार दिया गया है:

$$F_b = \rho g V$$

जहाँ:

• $F_b$ उत्प्लावन बल है न्यूटन (N) में
• $\rho$ द्रव का घनत्व है किलोग्राम प्रति घन मीटर (kg/m³) में
• $g$ गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है $(\approx 9.8 m/s²)$
• $V$ वह आयतन है जिसे वस्तु द्वारा विस्थापित द्रव घन मीटर (m³) में घेरता है

आर्किमिडीज़ के सिद्धांत सूत्र को समझने के लिए निम्नलिखित उदाहरण पर विचार करें:

• लकड़ी का एक ठोस ब्लॉक जिसका आयतन 0.01 घन मीटर (m³) है, को पानी से भरे बर्तन में रखा जाता है। पानी का घनत्व लगभग 1000 kg/m³ है।

• लकड़ी के ब्लॉक पर लगने वाला उत्प्लावन बल है:

$$F_b = \rho g V = (1000 kg/m³)\times (9.8 m/s²)\times (0.01 m³) = 98 N$$

इसका अर्थ है कि पानी लकड़ी के ब्लॉक पर 98 N का ऊपर की ओर बल लगाता है, जो ब्लॉक द्वारा विस्थापित पानी के वज़न के बराबर है।

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत व्युत्पत्ति

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत कहता है कि किसी वस्तु पर तरल में डूबने पर उत्पन्न उत्प्लावन बल उस तरल के भार के बराबर होता है जिसे वस्तु विस्थापित करती है। इस सिद्धांत को निम्नलिखित चरणों से व्युत्पन्न किया जा सकता है:

1. एक स्थिर तरल विचार करें जिसकी एकसमान घनत्व $ρ$ है।
2. तरल में डूबी हुई आयतन $ΔV$ की एक छोटी वस्तु की कल्पना करें।
3. वस्तु के शीर्ष पर दाब $P_1$ है, और वस्तु के तल पर दाब $P_2$ है।
4. वस्तु के शीर्ष और तल के बीच दाब का अंतर $ΔP = P_2 - P_1$ है।
5. वस्तु पर उत्प्लावन बल दाब के अंतर और वस्तु के क्षेत्रफल के गुणनफल के बराबर होता है, या $F_B = ΔP \times A$।
6. वस्तु द्वारा विस्थापित तरल का भार तरल के घनत्व और वस्तु के आयतन के गुणनफल के बराबर होता है, या $W = ρ \times ΔV$।
7. उत्प्लावन बल को विस्थापित तरल के भार के बराबर रखने पर, हमें $F_B = W$ मिलता है, या $ΔP \times A = ρ ΔV$।
8. समीकरण के दोनों पक्षों को $ΔV$ से विभाजित करने पर, हमें $\frac{ΔP}{ΔV} = ρ$ मिलता है।
9. $ΔV$ को शून्य की ओर सीमा लेने पर, हमें $\frac{dP}{dV} = ρ$ मिलता है।
10. यह समीकरण कहता है कि तरल में दाब प्रवणता तरल के घनत्व के बराबर होती है।

उदाहरण:

100 cm3 आयतन की एक लकड़ी की ब्लॉक पानी में डूबी हुई है। पानी का घनत्व 1 g/cm3 है। लकड़ी की ब्लॉक पर उत्प्लावन बल क्या है?

लकड़ी के ब्लॉक पर उत्पन्न उत्प्लावन बल उस पानी के वजन के बराबर होता है जिसे ब्लॉक विस्थापित करता है। विस्थापित पानी का वजन पानी के घनत्व और लकड़ी के ब्लॉक के आयतन के गुणा के बराबर होता है, अर्थात् $$W = ρ ΔV = 1 g/cm^3 \times 100 cm^3 = 100 g$$

इसलिए, लकड़ी के ब्लॉक पर उत्पन्न उत्प्लावन बल 100 g है।

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत प्रयोग

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत कहता है कि किसी वस्तु पर तरल में डूबने पर लगने वाला उत्प्लावन बल उस तरल के वजन के बराबर होता है जिसे वस्तु विस्थापित करती है। इस सिद्धांत को एक सरल प्रयोग द्वारा प्रदर्शित किया जा सकता है।

सामग्री:

• एक ग्रेजुएटेड सिलेंडर
• पानी
• एक छोटी वस्तु जो पानी में डूब जाए (जैसे, धातु की वॉशर)
• एक डोरी
• एक तराजू

प्रक्रिया:

1. ग्रेजुएटेड सिलेंडर को किसी निश्चित स्तर तक पानी से भरें।
2. वस्तु को डोरी से बांधें और इसे ग्रेजुएटेड सिलेंडर में पूरी तरह डूबने तक धीरे से उतारें।
3. ग्रेजुएटेड सिलेंडर में पानी के स्तर को देखें।
4. वस्तु को ग्रेजुएटेड सिलेंडर से निकालें और उसे तौलें।
5. वस्तु द्वारा विस्थापित पानी का वजन निकालने के लिए प्रारंभिक पानी के स्तर से अंतिम स्तर को घटाकर अंतर को पानी के घनत्व (1 g/mL) से गुणा करें।

प्रेक्षण:

जब वस्तु पानी में डूबती है, तो ग्रेजुएटेड सिलेंडर में पानी का स्तर बढ़ जाता है। यह दर्शाता है कि वस्तु पानी को विस्थापित कर रही है।

वस्तु द्वारा विस्थापित पानी का वजन वस्तु के वजन के बराबर होता है। यह आर्किमिडीज़ के सिद्धांत को प्रदर्शित करता है।

अनुप्रयोग:

आर्किमिडीज़ के सिद्धांत का दैनिक जीवन में कई अनुप्रयोग हैं। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग जहाजों, पनडुब्बियों और अन्य जलयानों को डिज़ाइन करने में किया जाता है। इसका उपयोग वस्तुओं के घनत्व को मापने में भी किया जाता है।

उदाहरण:

एक जहाज पानी पर इसलिए तैरता है क्योंकि पानी द्वारा लगने वाला उत्प्लावक बल जहाज के वजन से अधिक होता है। जहाज बड़ी मात्रा में पानी विस्थापित करता है, जिससे एक बड़ा उत्प्लावक बल उत्पन्न होता है। यह उत्प्लावक बल जहाज के वजन से अधिक होता है, इसलिए जहाज तैरता है।

आर्किमिडीज़ के सिद्धांत के अनुप्रयोग

आर्किमिडीज़ के सिद्धांत के विभिन्न क्षेत्रों में कई अनुप्रयोग हैं, जिनमें शामिल हैं:

1. उत्प्लावकता और तैराव:

• जहाज और पनडुब्बियाँ: आर्किमिडीज़ का सिद्धांत यह समझाता है कि जहाज पानी पर क्यों तैरते हैं। जहाज पर कार्य करने वाला उत्प्लावक बल उस पानी के वजन के बराबर होता है जिसे जहाज का डूबा हुआ भाग विस्थापित करता है। यह जहाजों को पानी से अधिक घने होने के बावजूद तैरने की अनुमति देता है।
• हाइड्रोमीटर: ये उपकरण तरल पदार्थों के विशिष्ट गुरुत्व को मापते हैं यह निर्धारित करके कि वे तरल में किस गहराई तक डूबते हैं। तरल जितना अधिक घना होगा, हाइड्रोमीटर उतना ही कम डूबेगा।

2. द्रव यांत्रिकी और अभियांत्रिकी:

• बांध और ताले: आर्किमिडीज़ का सिद्धांत बांधों और तालों के डिज़ाइन में महत्वपूर्ण है। बांध बड़ी मात्रा में पानी को रोकते हैं, और बांध की संरचना पर कार्यरत उत्प्लावक बल को ध्यान में रखना आवश्यक होता है ताकि इसकी स्थिरता सुनिश्चित हो सके। ताले जहाज़ों को विभिन्न ऊंचाइयों पर स्थित जल निकायों के बीच यात्रा करने की अनुमति देते हैं, जिससे कि वे दरवाज़ों का उपयोग करके जल स्तर और जहाज़ों पर कार्यरत उत्प्लावक बल को नियंत्रित करते हैं।
• द्रव प्रवाह मापन: आर्किमिडीज़ का सिद्धांत रोटामीटर और टरबाइन प्रवाहमापक जैसे उपकरणों में द्रवों की प्रवाह दर मापने के लिए उपयोग किया जाता है। ये उपकरण द्रव धारा के भीतर घूर्णन तत्व या इम्पेलर पर लगने वाले उत्प्लावक बल को निर्धारित करने के लिए इस सिद्धांत का उपयोग करते हैं।

3. समुद्री अभियांत्रिकी और समुद्र विज्ञान:

• पनडुब्बियाँ: पनडुब्बियाँ अपने उत्प्लावकता को नियंत्रित करके डूब और तैर सकती हैं। बैलास्ट टैंकों में पानी की मात्रा को भरने या निकालने के द्वारा पनडुब्बियाँ अपने समग्र घनत्व को बदल सकती हैं और तटस्थ उत्प्लावकता प्राप्त कर सकती हैं, जिससे वे पानी के भीतर निलंबित रह सकें।
• समुद्री बचाव: आर्किमिडीज़ का सिद्धांत डूबे हुए जहाज़ों और अन्य वस्तुओं को पानी से उठाने में लागू किया जाता है। डूबी हुई वस्तु पर उत्प्लावक उपकरण या पोंटून जोड़कर, प्रणाली के समग्र घनत्व को कम किया जाता है, जिससे उत्प्लावक बल बढ़ता है और वस्तु की बरामदगी आसान हो जाती है।

4. एयरोस्पेस इंजीनियरिंग:

• गर्म हवा के गुब्बारे: आर्किमिडीज़ का सिद्धांत समझाता है कि गर्म हवा के गुब्बारे ऊपर क्यों उठते हैं। गुब्बारे के अंदर की गरम हवा बाहर की ठंडी हवा से कम घनी होती है, जिससे उत्पन्न होने वाले उत्प्लावन बलों के अंतर के कारण गुब्बारा ऊपर चढ़ता है।

5. चिकित्सीय अनुप्रयोग:

• हाइड्रोमेट्री: आर्किमिडीज़ का सिद्धांत चिकित्सा उपकरणों—जैसे हाइड्रोमीटर—में मूत्र के विशिष्ट गुरुत्व को मापने के लिए प्रयोग किया जाता है, जो कुछ चिकित्सीय स्थितियों का संकेत दे सकता है।

6. भूवैज्ञानिक अनुप्रयोग:

• चट्टानों की घनत्व माप: आर्किमिडीज़ का सिद्धांत चट्टान के नमूनों की घनत्व निर्धारित करने में प्रयोग होता है। चट्टान के नमूने को हवा में तथा फिर पानी में डूबोकर तौलने पर उत्प्लावन बल की गणना की जा सकती है, जिससे चट्टान की घनत्व ज्ञात की जा सकती है।

ये उदाहरण आर्किमिडीज़ के सिद्धांत के व्यापक अनुप्रयोगों को विभिन्न क्षेत्रों—इंजीनियरिंग और भौतिकी से लेकर समुद्री विज्ञान और चिकित्सा तक—में दर्शाते हैं। इस सिद्धांत को समझने और उपयोग में लाने से मनुष्य ने उत्प्लावन और द्रव यांत्रिकी की शक्ति का उपयोग व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए प्रौद्योगिकियाँ बनाने और विकसित करने में सक्षम हुआ है।

पनडुब्बी:

पनडुब्बी एक मानव-निर्मित पानी के नीचे चलने वाला जहाज़ है जिसे पानी की सतह के नीचे संचालित होने के लिए डिज़ाइन किया गया है। पनडुब्बियों का उपयोग सैन्य कार्यवाहियों, वैज्ञानिक अनुसंधान और व्यावसायिक गतिविधियों सहित विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जाता है।

पनडुब्बियों का इतिहास

पहले पनडुब्बियों का विकास 17वीं सदी में हुआ था, लेकिन इनका व्यापक उपयोग 19वीं सदी तक नहीं हुआ। अमेरिकी गृहयुद्ध के दौरान, संघीय नौसेना ने संघ के जहाजों पर हमला करने के लिए पनडुब्बियों का उपयोग किया। प्रथम विश्व युद्ध में, दोनों पक्षों ने दुश्मन के जहाजों को डुबोने और आपूर्ति लाइनों को बाधित करने के लिए पनडुब्बियों का उपयोग किया। द्वितीय विश्व युद्ध में, पनडुब्बियों ने अटलांटिक की लड़ाई में एक प्रमुख भूमिका निभाई, जहाँ जर्मन यू-बोटों ने हजारों संघीय जहाजों को डुबो दिया।

पनडुब्बियों के प्रकार

पनडुब्बियों के कई अलग-अलग प्रकार होते हैं, प्रत्येक एक विशिष्ट उद्देश्य के लिए डिज़ाइन की गई होती हैं। पनडुब्बियों के कुछ सबसे सामान्य प्रकारों में शामिल हैं:

• हमला पनडुब्बियाँ दुश्मन के जहाजों और पनडुब्बियों को डुबोने के लिए डिज़ाइन की गई हैं। इन्हें आमतौर पर टॉरपीडो और मिसाइलों से लैस किया जाता है।
• बैलिस्टिक मिसाइल पनडुब्बियाँ पानी के नीचे से परमाणु मिसाइलें दागने के लिए डिज़ाइन की गई हैं। इन्हें आमतौर पर अंतरमहाद्वीपीय बैलिस्टिक मिसाइलों (ICBMs) से लैस किया जाता है।
• क्रूज मिसाइल पनडुब्बियाँ पानी के नीचे से क्रूज मिसाइलें दागने के लिए डिज़ाइन की गई हैं। इन्हें आमतौर पर टॉमहॉक क्रूज मिसाइलों से लैस किया जाता है।
• अनुसंधान पनडुब्बियाँ वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए डिज़ाइन की गई हैं। इन्हें आमतौर पर विभिन्न प्रकार के सेंसर और कैमरों से सुसज्जित किया जाता है।
• वाणिज्यिक पनडुब्बियाँ विभिन्न वाणिज्यिक गतिविधियों, जैसे तेल खोज और बचाव कार्यों के लिए उपयोग की जाती हैं।

पनडुब्बियाँ कैसे काम करती हैं

पनडुब्बियाँ अपने उत्प्लावकता को नियंत्रित करके डूब और तैर सकती हैं। उत्प्लावकता पानी द्वारा किसी वस्तु पर लगाई गई ऊपर की ओर की ताकत है। जब पनडुब्बी डूबी होती है, तो वह आस-पास के पानी से कम घनी होती है, इसलिए वह तैरती है। जब पनडुब्बी सतह पर आती है, तो वह आस-पास के पानी से अधिक घनी होती है, इसलिए वह डूबती है।

पनडुब्बियाँ अपनी उत्प्लावकता को बैलास्ट टैंकों का उपयोग करके नियंत्रित करती हैं। बैलास्ट टैंक वे डिब्बे होते हैं जिन्हें पानी या हवा से भरा जा सकता है। जब पनडुब्बी डूबना चाहती है, तो वह अपने बैलास्ट टैंकों को पानी से भर देती है। इससे पनडुब्बी आस-पास के पानी से अधिक घनी हो जाती है, इसलिए वह डूब जाती है। जब पनडुब्बी सतह पर आना चाहती है, तो वह बैलास्ट टैंकों से पानी बाहर निकाल देती है। इससे पनडुब्बी आस-पास के पानी से कम घनी हो जाती है, इसलिए वह तैरती है।

पनडुब्बियाँ पानी में चलने के लिए प्रोपेलरों का भी उपयोग करती हैं। प्रोपेलर वे ब्लेड होते हैं जो घूमकर थ्रस्ट उत्पन्न करते हैं। जब पनडुब्बी आगे बढ़ना चाहती है, तो वह अपने प्रोपेलर घुमाती है। इससे थ्रस्ट उत्पन्न होता है जो पनडुब्बी को पानी में धकेलता है।

पनडुब्बी की सुरक्षा

पनडुब्बियाँ जटिल मशीनें होती हैं जिन्हें चलाना खतरनाक हो सकता है। दुर्घटनाओं को रोकने में मदद करने के लिए पनडुब्बियों में कई सुरक्षा सुविधाएँ बनाई गई हैं। सबसे सामान्य सुरक्षा सुविधाओं में से कुछ इस प्रकार हैं:

• आपातकालीन बचाव दरवाज़े चालक दल को आपातकाल की स्थिति में पनडुब्बी से बाहर निकलने की अनुमति देते हैं।
• अग्निशमन प्रणालियाँ पनडुब्बी में लगी आग को बुझाने में मदद करती हैं।
• ऑक्सीजन जनित्र चालक दल को साँस लेने के लिए ऑक्सीजन प्रदान करते हैं।
• कार्बन डाइऑक्साइड स्क्रबर पनडुब्बी के भीतर हवा से कार्बन डाइऑक्साइड को हटाते हैं।

भविष्य की पनडुब्बियाँ

पनडुब्बियाँ आधुनिक सैन्य और वैज्ञानिक समुदायों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं। ये कई वर्षों तक इन क्षेत्रों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती रहने की संभावना है। जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी आगे बढ़ेगी, पनडुब्बियाँ और भी अधिक सक्षम और बहुउद्देशीय बनती जाएँगी।

गर्म-हवा का गुब्बारा:

गर्म-हवा का गुब्बारा एक हल्के-से-हवा वाहन है जो उठान पैदा करने के लिए गर्म हवा का उपयोग करता है। गुब्बारा एक हल्के कपड़े के लिफाफे से बना होता है जिसे बर्नर से निकलने वाली गर्म हवा से भरा जाता है। गर्म हवा ऊपर उठती है और गुब्बारे को आकाश में ले जाती है।

गर्म-हवा के गुब्बारों का उपयोग सदियों से होता आ रहा है और आज भी ये परिवहन और मनोरंजन का एक लोकप्रिय साधन हैं। इनका उपयोग अक्सर दर्शनीय स्थलों के दीदार के लिए किया जाता है और ये दौड़ तथा अन्य प्रतियोगिताओं में भी प्रयोग किए जा सकते हैं।

गर्म-हवा के गुब्बारे कैसे काम करते हैं?

गर्म-हवा के गुब्बारे उत्प्लावन के सिद्धांत पर काम करते हैं। उत्प्लावन वह ऊपर की ओर लगने वाला बल है जो किसी द्रव द्वारा लगाया जाता है और जो आंशिक रूप से या पूरी तरह डूबे हुए वस्तु के भार का विरोध करता है। गर्म-हवा के गुब्बारे के मामले में द्रव हवा है।

गुब्बारे के अंदर की गर्म हवा बाहर की ठंडी हवा से कम घनी होती है। इस घनत्व के अंतर से एक उत्प्लावक बल पैदा होता है जो गुब्बारे को आकाश में ऊपर धकेलता है। घनत्व का अंतर जितना अधिक होगा, उत्प्लावक बल भी उतना ही अधिक होगा।

गर्म-हवा वाले गुब्बारे के विभिन्न भाग क्या हैं?

गर्म-हवा वाले गुब्बारे के मुख्य भाग ये हैं:

• एनवलप: एनवलप गुब्बारे का मुख्य धड़ होता है। यह हल्के कपड़े से बना होता है जो हवाबंद और ऊष्मा-प्रतिरोधी होता है।
• बर्नर: बर्नर गुब्बारे के अंदर की हवा को गर्म करने के काम आता है। यह आमतौर पर गुब्बारे के तल पर स्थित होता है।
• टोकरी: टोकरी वह जगह है जहाँ गुब्बारे के यात्री और पायलट सवारी करते हैं। यह आमतौर पर बेंत या रतन से बनी होती है।
• रिगिंग: रिगिंग रस्सियों और पुलियों की वह प्रणाली है जिससे गुब्बारे को नियंत्रित किया जाता है।

आप गर्म-हवा वाला गुब्बारा कैसे उड़ाते हैं?

गर्म-हवा वाला गुब्बारा उड़ाने के लिए पायलट बर्नर का उपयोग करके गुब्बारे के अंदर की हवा को गर्म करता है। इससे गुब्बारा ऊपर उठता है। पायलट रिगिंग का उपयोग करके गुब्बारे की दिशा नियंत्रित कर सकता है।

गर्म-हवा वाले गुब्बारे तापमान में बदलाव के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं। यदि गुब्बारे के अंदर की हवा बहुत अधिक गर्म हो जाए तो गुब्बारा बहुत तेजी से ऊपर उठेगा और फट भी सकता है। यदि गुब्बारे के अंदर की हवा बहुत ठंडी हो जाए तो गुब्बारा नीचे गिरेगा।

गर्म-हवा वाले गुब्बारे की सुरक्षा सुविधाएँ क्या हैं?

गर्म-हवा वाले गुब्बारे कई सुरक्षा सुविधाओं से लैस होते हैं, जिनमें शामिल हैं:

• एक पैराशूट: आपातकाल की स्थिति में गुब्बारे की गति धीमी करने के लिए पैराशूट का उपयोग किया जाता है।
• एक अग्निशामक: किसी भी आग को बुझाने के लिए अग्निशामक का उपयोग किया जाता है।
• एक प्राथमिक चिकित्सा किट: किसी भी चोट के इलाज के लिए प्राथमिक चिकित्सा किट का उपयोग किया जाता है।

हॉट-एयर बैलूनिंग यात्रा करने और दुनिया को एक अलग दृष्टिकोण से देखने का एक सुरक्षित और आनंददायक तरीका है।

हाइड्रोमीटर:

एक हाइड्रोमीटर एक ऐसा उपकरण है जो किसी द्रव के विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण या घनत्व को मापने के लिए प्रयोग किया जाता है। यह एक काँच या धातु का तैरता हुआ पदार्थ होता है जिसके एक सिरे पर भारित बल्ब होता है और दूसरे सिरे पर ग्रेजुएटेड स्टेम होता है। हाइड्रोमीटर को द्रव में रखा जाता है और यह जितना अंदर डूबता है उसकी गहराई को मापा जाता है। इस गहराई का उपयोग द्रव के विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण या घनत्व को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

हाइड्रोमीटर का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिनमें शामिल हैं:

• मादक पेयों में एल्कोहल की मात्रा मापना। मादक पेय का विशिष्ट गुरुत्व उसकी एल्कोहल मात्रा के सीधे अनुपात में होता है। किसी पेय का विशिष्ट गुरुत्व मापकर उसकी एल्कोहल मात्रा जानी जा सकती है।
• द्रवों का घनत्व मापना। द्रव का घनत्व उसके इकाई आयतन के द्रव्यमान को कहा जाता है। किसी द्रव का विशिष्ट गुरुत्व मापकर उसका घनत्व निर्धारित किया जा सकता है।
• द्रवों की शुद्धता जाँचना। द्रव का विशिष्ट गुरुत्व उसकी शुद्धता बताने में काम आता है। उदाहरण के लिए, पानी का विशिष्ट गुरुत्व 1.000 होता है। यदि किसी पानी के नमूने का विशिष्ट गुरुत्व 1.000 से कम है, तो इसका अर्थ है कि वह पानी शुद्ध नहीं है।

हाइड्रोमीटर कई प्रकार के होते हैं, जिनमें से प्रत्येक किसी विशिष्ट उद्देश्य के लिए बनाया गया होता है। सबसे सामान्य प्रकार के हाइड्रोमीटरों में शामिल हैं:

• एल्कोहलोमीटर मादक पेयों में एल्कोहल की मात्रा मापने के लिए प्रयुक्त होते हैं।
• डेन्सीमीटर द्रवों का घनत्व मापने के लिए प्रयुक्त होते हैं।
• सैलिनोमीटर पानी की लवणता मापने के लिए प्रयुक्त होते हैं।
• यूरिनोमीटर मूत्र का विशिष्ट गुरुत्व मापने के लिए प्रयुक्त होते हैं।

हाइड्रोमीटर किसी द्रव का विशिष्ट गुरुत्व या घनत्व मापने का एक सरल और सस्ता तरीका है। इनका उपयोग अनेक कार्यों में होता है और ये किसी भी व्यक्ति के लिए आवश्यक उपकरण हैं जो द्रवों के साथ कार्य करता है।

यहाँ कुछ उदाहरण दिए गए हैं कि हाइड्रोमीटर का उपयोग कैसे किया जाता है:

• ब्रुइंग उद्योग में, हाइड्रोमीटर का उपयोग बीयर की अल्कोहल सामग्री को मापने के लिए किया जाता है।
• वाइन उद्योग में, हाइड्रोमीटर का उपयोग अंगूर की शर्करा सामग्री को मापने के लिए किया जाता है।
• डेयरी उद्योग में, हाइड्रोमीटर का उपयोग दूध की वसा सामग्री को मापने के लिए किया जाता है।
• ऑटोमोटिव उद्योग में, हाइड्रोमीटर का उपयोग एंटीफ्रीज़ के विशिष्ट गुरुत्व को मापने के लिए किया जाता है।
• चिकित्सा क्षेत्र में, हाइड्रोमीटर का उपयोग मूत्र के विशिष्ट गुरुत्व को मापने के लिए किया जाता है।

हाइड्रोमीटर एक बहुउद्देशीय उपकरण हैं जिसका उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जा सकता है। ये किसी भी व्यक्ति के लिए एक आवश्यक उपकरण हैं जो तरल पदार्थों के साथ कार्य करता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न – FAQs

आर्किमिडीज़ सिद्धांत क्या कहता है?

आर्किमिडीज़ सिद्धांत कहता है कि किसी वस्तु पर उस द्रव द्वारा लगाया गया ऊपर की ओर उत्प्लावन बल, जिसमें वह पूरी या आंशिक रूप से डूबी हुई है, उस द्रव के वजन के बराबर होता है जिसे वह वस्तु विस्थापित करती है। यह सिद्धांत उत्प्लावन और तैरने की समझ के लिए मौलिक है।

मुख्य बिंदु:

1. उत्प्लावन बल: उत्प्लावन बल एक ऊपर की ओर लगने वाला बल होता है जो किसी द्रव द्वारा आंशिक या पूर्ण रूप से डूबी हुई वस्तु के वजन का विरोध करता है। यह बल ऊध्र्वाधर रूप से ऊपर की ओर होता है और उत्प्लावन केंद्र पर कार्य करता है, जो विस्थापित द्रव का केंद्रक होता है।

2. विस्थापित द्रव के वजन के बराबर: उत्प्लावन बल की मात्रा उस द्रव के वजन के बराबर होती है जिसे डूबी हुई वस्तु विस्थापित करती है। इसका अर्थ है कि विस्थापित द्रव की मात्रा उत्प्लावन बल की ताकत निर्धारित करती है।

3. घनत्व और उत्प्लावन: द्रव का घनत्व उत्प्लावन में निर्णायक भूमिका निभाता है। अधिक घने द्रव कम घने द्रवों की तुलना में अधिक उत्प्लावक बल लगाते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि अधिक घने द्रवों में प्रति इकाई आयतन अधिक द्रव्यमान होता है, जिससे विस्थापित द्रव का भार अधिक होता है।

4. तैरना और डूबना: वस्तुएँ तब तैरती हैं जब उन पर लगने वाला उत्प्लावक बल उनके भार से अधिक या बराबर हो। इसके विपरीत, जब उत्प्लावक बल वस्तु के भार से कम हो तो वस्तु डूब जाती है।

उदाहरण:

1. नाव का तैरना: एक नाव पानी पर इसलिए तैरती है क्योंकि पानी द्वारा लगाया गया उत्प्लावक बल नाव के भार से अधिक होता है। नाव की आकृति और अंदर फँसी हवा विस्थापित पानी की आयतन बढ़ाने में योगदान देती है, जिससे अधिक उत्प्लावक बल उत्पन्न होता है।

2. पनडुब्बी का डूबना: एक पनडुब्बी अपने घनत्व को बढ़ाकर डूब सकती है। यह पानी को अंदर लेकर किया जाता है, जिससे पनडुब्बी का भार बढ़ता है और उत्प्लावक बल घटता है। जब पनडुब्बी का घनत्व आसपास के पानी के घनत्व से अधिक हो जाता है, तो वह डूब जाती है।

3. गर्म हवा का गुब्बारा: गर्म हवा का गुब्बारा ऊपर उठता है क्योंकि गुब्बारे के अंदर की गर्म हवा बाहर की ठंडी हवा से कम घनी होती है। कम घनी गर्म हवा अधिक उत्प्लावक बल पैदा करती है, जिससे गुब्बारा ऊपर चढ़ता है।

4. हाइड्रोमीटर: हाइड्रोमीटर वे उपकरण होते हैं जो द्रवों के घनत्व को मापने के लिए उपयोग किए जाते हैं। ये आर्किमिडीज़ के सिद्धांत पर आधारित होते हैं। एक हाइड्रोमीटर द्रव में तैरता है, और जिस गहराई तक यह डूबता है, वह द्रव के घनत्व के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

संक्षेप में, आर्किमिडीज़ का सिद्धांत उत्प्लावनता की अवधारणा को समझाता है और यह बताता है कि यह द्रवों में डूबे हुए वस्तुओं को कैसे प्रभावित करती है। यह कहता है कि किसी वस्तु पर लगने वाला उत्प्लावन बल उस द्रव के वजन के बराबर होता है जिसे वह वस्तु विस्थापित करती है। इस सिद्धांत का विभिन्न क्षेत्रों में व्यावहारिक अनुप्रयोग है, जिनमें जहाज निर्माण, पनडुब्बी डिज़ाइन और द्रव यांत्रिकी शामिल हैं।

आर्किमिडीज़ के सिद्धांत की खोज किसने की?

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत कहता है कि किसी वस्तु पर लगने वाला ऊपर की ओर उत्प्लावन बल, चाहे वह पूरी तरह डूबी हो या आंशिक रूप से, उस द्रव के वजन के बराबर होता है जिसे वह वस्तु विस्थापित करती है। यह सिद्धांत उत्प्लावन को समझने के लिए मौलिक है और इसका नौसैनिक वास्तुकला, द्रव यांत्रिकी और जलविज्ञान जैसे क्षेत्रों में अनेक अनुप्रयोग हैं।

आर्किमिडीज़ के सिद्धांत की खोज प्रसिद्ध ग्रीक गणितज्ञ, भौतिकविद्, अभियंता, आविष्कारक और खगोलशास्त्री सिराक्यूस के आर्किमिडीज़ (लगभग 287–212 ईसा पूर्व) को दी जाती है। आर्किमिडीज़ सिराक्यूस नगर में रहते थे, जो सिसिली द्वीप पर स्थित है, जो उस समय मैग्ना ग्रेशिया का हिस्सा था—दक्षिणी इटली और सिसिली का वह क्षेत्र जो ग्रीक संस्कृति से गहराई से प्रभावित था।

प्रसिद्ध कहानी के अनुसार, आर्किमिडीज़ ने यह खोज स्नान करते समय की। उसने देखा कि टब में पानी का स्तर बढ़ गया जब वह उसमें घुसा, और उसे समझ आया कि विस्थापित पानी की मात्रा उसके शरीर के डूबे हुए भाग के आयतन के बराबर है। इससे वह चिल्लाया, “यूरेका!” (ग्रीक में “मुझे यह मिल गया है!” का अर्थ है)।

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत गणितीय रूप से इस प्रकार व्यक्त किया गया है:

ऊर्ध्वाधर बल = विस्थापित द्रव का भार

जहाँ:

• ऊर्ध्वाधर बल वह ऊपर की ओर लगने वाला बल है जो द्रव द्वारा डूबे हुए पिण्ड पर लगाया जाता है।
• विस्थापित द्रव का भार वह भार है जो उस द्रव का होता है जो डूबे हुए पिण्ड के समान आयतन घेरता।

इस सिद्धांत को विभिन्न प्रयोगों के माध्यम से प्रदर्शित किया जा सकता है। एक सरल प्रयोग में एक ठोस वस्तु, जैसे एक चट्टान, को पानी से भरी ग्रेजुएटेड सिलेंडर में रखा जाता है। पानी का स्तर बढ़ जाएगा, और पानी के आयतन में वृद्धि चट्टान के आयतन के बराबर होगी। यह दर्शाता है कि चट्टान पर कार्यरत ऊर्ध्वाधर बल चट्टान द्वारा विस्थापित पानी के भार के बराबर है।

आर्किमिडीज़ के सिद्धांत की अनेक व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं। इसका उपयोग जहाजों और पनडुब्बियों के डिज़ाइन में किया जाता है, जिन्हें पानी पर तैरना होता है। यह सिद्धांत हाइड्रोमीटर में भी प्रयुक्त होता है, जो द्रवों के घनत्व को मापने के लिए उपकरण हैं। इसके अतिरिक्त, आर्किमिडीज़ का सिद्धांत द्रव यांत्रिकी के क्षेत्र में लागू किया जाता है ताकि द्रवों के व्यवहार और उनमें डूबी हुई वस्तुओं पर लगने वाले बलों का विश्लेषण किया जा सके।

निष्कर्ष के तौर पर, आर्किमिडीज़ का सिद्धांत प्रतिभाशाली यूनानी विद्वान सिराक्यूज़ के आर्किमिडीज़ द्वारा खोजा गया था। यह सिद्धांत कहता है कि डूबे हुए पिण्ड पर लगने वाला उत्प्लावन बल उस द्रव के वजन के बराबर होता है जिसे पिण्ड विस्थापित करता है। इसके विभिन्न क्षेत्रों में महत्वपूर्ण प्रभाव हैं और यह उत्प्लावन और द्रव यांत्रिकी को समझने का एक मूलभूत सिद्धांत है।

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत जहाज़ों पर कैसे लागू होता है?

एक जहाज़ इसलिए तैरता है क्योंकि उसके द्वारा विस्थापित जल का उत्प्लावन बल जहाज़ के वजन से अधिक होता है। जहाज़ की आकृति इस तरह डिज़ाइन की जाती है कि वह अधिक से अधिक जल को विस्थापित करे और उसका वजन न्यूनतम हो। जहाज़ का पतवार आमतौर पर इस्पात से बना होता है, जो एक घना पदार्थ है। हालांकि, पतवार खोखला होता है, जिससे वह बड़ी मात्रा में जल विस्थापित करता है। जहाज़ का वजन पूरे पतवार में बँटा होता है, ताकि जहाज़ की औसत घनत्व जल के घनत्व से कम हो। इससे जहाज़ तैरता है।

एक जहाज़ द्वारा विस्थापित जल की मात्रा उसके आयतन और घनत्व पर निर्भर करती है। जितना अधिक जल जहाज़ विस्थापित करता है, उतना ही अधिक उत्प्लावन बल होगा। जितना अधिक घना जहाज़ होगा, वह उतना ही कम जल विस्थापित करेगा और उत्प्लावन बल उतना ही कम होगा।

आर्किमिडीज़ के सिद्धांत के प्रयोग के उदाहरण

हमारे आसपास की दुनिया में आर्किमिडीज़ के सिद्धांत के कई उदाहरण देखे जा सकते हैं। यहाँ कुछ उदाहरण दिए गए हैं:

• पनडुब्बियाँ: पनडुब्बियाँ अपने उत्प्लावकता को नियंत्रित करके डूब और ऊपर आ सकती हैं। जब पनडुब्बी को डूबना होता है, तो वह पानी भर लेती है, जिससे उसका घनत्व बढ़ जाता है और वह डूब जाती है। जब पनडुब्बी को ऊपर आना होता है, तो वह पानी बाहर निकाल देती है, जिससे उसका घनत्व घट जाता है और वह ऊपर उठती है।
• गर्म हवा के गुब्बारे: गर्म हवा के गुब्बारे तैरते हैं क्योंकि गुब्बारे के अंदर की गर्म हवा बाहर की ठंडी हवा से कम घनी होती है। गर्म हवा का उत्प्लावक बल गुब्बारे के वजन से अधिक होता है, इसलिए गुब्बारा ऊपर उठता है।
• हिमशैल: हिमशैल तैरते हैं क्योंकि बर्फ पानी से कम घनी होती है। पानी का उत्प्लावक बल हिमशैल के वजन से अधिक होता है, इसलिए हिमशैल तैरता है।

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत भौतिकी का एक मौलिक सिद्धांत है जिसके कई वास्तविक दुनिया में अनुप्रयोग हैं। यह एक ऐसा सिद्धांत है जिसे हम अपने चारों ओर जहाज़ों से लेकर पनडुब्बियों और हिमशैलों तक काम करते हुए देख सकते हैं।

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत कहाँ प्रयुक्त होता है?

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत कहता है कि किसी वस्तु पर तरल में डूबने पर लगने वाला ऊपर की ओर उत्प्लावक बल, चाहे वस्तु पूरी तरह डूबी हो या आंशिक रूप से, उस तरल के वजन के बराबर होता है जिसे वस्तु विस्थापित करती है। यह सिद्धांत विभिन्न अनुप्रयोगों में प्रयुक्त होता है, जिनमें शामिल हैं:

1. जहाज़ और पनडुब्बियाँ: आर्किमिडीज़ का सिद्धांत बताता है कि जहाज़ पानी पर क्यों तैरते हैं। जहाज़ पर लगने वाला उत्प्लावक बल उस पानी के वज़न के बराबर होता है जिसे जहाज़ का पतवार विस्थापित करता है। जब तक उत्प्लावक बल जहाज़ के वज़न से अधिक या बराबर होता है, जहाज़ तैरता रहेगा। पनडुब्बियाँ अपने उत्प्लावक नियंत्रण के लिए बैलास्ट टैंकों का उपयोग करती हैं। बैलास्ट टैंकों में पानी की मात्रा को समायोजित करके, पनडुब्बियाँ डूब या तैर सकती हैं।

2. हाइड्रोमीटर: हाइड्रोमीटर वे उपकरण होते हैं जो द्रवों के घनत्व को मापने के लिए उपयोग किए जाते हैं। ये आर्किमिडीज़ के सिद्धांत पर आधारित होते हैं। एक हाइड्रोमीटर द्रव में तैरता है, और जिस गहराई तक वह डूबता है वह द्रव के घनत्व के व्युत्क्रमानुपाती होता है। अधिक घने द्रव हाइड्रोमीटर को कम डूबने का कारण बनते हैं, जबकि कम घने द्रव इसे अधिक डूबने का कारण बनते हैं।

3. गर्म हवा के गुब्बारे: गर्म हवा के गुब्बारे आर्किमिडीज़ के सिद्धांत के कारण उड़ते हैं। गुब्बारे के अंदर की गर्म हवा बाहर की ठंडी हवा से कम घनी होती है, इसलिए इस पर एक ऊपर की ओर उत्प्लावक बल लगता है। यह उत्प्लावक बल गुब्बारे और इसकी सामग्री के वज़न से अधिक होता है, जिससे गुब्बारा ऊपर उठता है।

4. गोताखोरी: स्कूबा गोताखोर पानी के भीतर अपने उत्प्लावक नियंत्रण के लिए बॉयअंसी कम्पेंसेटर्स (BCs) का उपयोग करते हैं। BCs वे inflatable वेस्ट होते हैं जिन्हें गोताखोर हवा या पानी से भरकर अपने समग्र घनत्व को समायोजित कर सकते हैं। अपने उत्प्लावक को समायोजित करके, गोताखोर ऊपर उठ सकते हैं, नीचे जा सकते हैं, या किसी विशिष्ट गहराई पर तटस्थ उत्प्लावक बनाए रख सकते हैं।

5. मछली पकड़ने वाले फ्लोट: मछली पकड़ने वाले फ्लोट ऐसे उपकरण होते हैं जिनका उपयोग मछली पकड़ने वाली लाइनों को पानी में तैरते रखने के लिए किया जाता है। ये आर्किमिडीज़ के सिद्धांत पर आधारित होते हैं। फ्लोट पर लगने वाला उत्प्लावक बल इसके वजन से अधिक होता है, जिससे यह पानी की सतह पर तैरता है। मछली पकड़ने वाली लाइन फ्लोट से जुड़ी होती है, इसलिए वह भी पानी में तैरती रहती है।

6. जल विस्थापन विधि: जल विस्थापन विधि एक ऐसी तकनीक है जिसका उपयोग अनियमित आकृति वाली वस्तुओं के आयतन को मापने के लिए किया जाता है। वस्तु को पानी से भरी ग्रेजुएटेड सिलेंडर में डुबोया जाता है और पानी के स्तर में आई वृद्धि को मापा जाता है। वस्तु का आयतन विस्थापित हुए पानी के आयतन के बराबर होता है।

ये आर्किमिडीज़ के सिद्धांत के अनेक अनुप्रयोगों में से कुछ उदाहरण मात्र हैं। यह सिद्धांत द्रव यांत्रिकी की एक मौलिक अवधारणा है और इसका उपयोग इंजीनियरिंग, भौतिकी और दैनिक जीवन सहित विभिन्न क्षेत्रों में व्यावहारिक रूप से किया जाता है।

आर्किमिडीज़ के सिद्धांत का उपयोग घनत्व निर्धारित करने के लिए कैसे किया जा सकता है?

आर्किमिडीज़ का सिद्धांत कहता है कि किसी वस्तु पर द्रव में डूबने पर लगने वाला उत्प्लावक बल उस द्रव के वजन के बराबर होता है जिसे वस्तु विस्थापित करती है। इस सिद्धांत का उपयोग किसी वस्तु के घनत्व को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है जिससे उत्प्लावक बल और विस्थापित द्रव के आयतन को मापा जा सकता है।

प्रक्रिया:

1. वस्तु को एक डोरी या तार से इस प्रकार लटकाएं कि वह ज्ञात घनत्व $(ρ_f)$ के किसी द्रव में पूरी तरह डूब जाए।
2. वस्तु का वायु में भार $(W_a)$ मापें।
3. वस्तु का द्रव में डूबे हुए भार $(W_f)$ मापें।
4. वस्तु पर लगने वाला उत्प्लावक बल $(F_b)$ इसके वायु में भार से द्रव में भार घटाकर निकालें: $F_b = W_a - W_f$।
5. विस्थापित द्रव का आयतन $(V_f)$ उत्प्लावक बल को द्रव के घनत्व से भाग देकर निकालें: $V_f = \frac{F_b}{ρ_f}$।
6. वस्तु का घनत्व $(ρ_o)$ इसके वायु में भार को विस्थापित द्रव के आयतन से भाग देकर निकालें: $ρ_o = \frac{W_a}{V_f}$।

उदाहरण:

एक धातु का ब्लॉक वायु में 100 N भार रखता है और पानी में डूबने पर 80 N। पानी का घनत्व 1000 kg/m³ है।

1. $F_b = W_a - W_f$ = 100 N - 80 N = 20 N
2. $V_f = \frac{F_b}{ρ_f} = \frac{20 N}{1000 kg/m³} = 0.02 m³$
3. $ρ_o = \frac{W_a}{V_f} = \frac{100 N}{0.02 m³} = 5000 kg/m³$

इस प्रकार धातु के ब्लॉक का घनत्व 5000 kg/m³ है।

अनुप्रयोग:

आर्किमिडीज़ के सिद्धांत का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिनमें शामिल हैं:

• ठोस, द्रव और गैसों के घनत्व का निर्धारण
• पदार्थों के विशिष्ट गुरुत्व का मापन
• जहाज़ों, पनडुब्बियों और अन्य समुद्री जहाज़ों का डिज़ाइन और परीक्षण
• हाइड्रोमीटर और अन्य घनत्व-मापन यंत्रों का अंशांकन
• द्रवों के व्यवहार और उन पर लगने वाले बलों का अध्ययन