"ओएसिस ऑफ़ द सीज़" 100,000 टन के द्रव्यमान के साथ दुनिया का सबसे बड़ा क्रूज जहाज है, फिर भी यह तैरता है। जहाज के डिजाइनर आर्किमिडीज के सिद्धांत का उपयोग करते हैं, जिसमें कहा गया है कि नाव को तैरने के लिए उसे अपने वजन से अधिक पानी की समान मात्रा को विस्थापित करना होगा। दिलचस्प प्रदर्शनों और नीचे वर्णित प्रयोगों के माध्यम से इस जटिल अवधारणा को छात्रों के लिए अधिक सुलभ बनाया गया है।
यह सब कब प्रारंभ हुआ
प्राचीन ग्रीस में, राजा हिरो द्वितीय ने एक स्थानीय सुनार द्वारा बनाया जाने वाला एक मुकुट बनवाया था। उन्हें संदेह था कि यह शुद्ध सोना है, इसलिए उन्होंने दार्शनिक-वैज्ञानिक आर्किमिडीज को इसका पता लगाने का काम दिया। आर्किमिडीज ने एक गर्म स्नान में कदम रखा और टब में डूबते ही किनारे पर पानी फैलते देखा और महसूस किया कि विस्थापित पानी उसके शरीर के आयतन के बराबर है।
"यूरेका!" उन्होंने कहा कि जब उन्होंने निर्धारित किया कि वे ताज की मात्रा और घनत्व की गणना करने के लिए विस्थापन की इस तकनीक का उपयोग कर सकते हैं। उनके परीक्षण ने साबित कर दिया कि मुकुट का घनत्व सोने से कम था, इस प्रकार मुकुट शुद्ध सोना नहीं था।
गेंद बनाम हल
यह पूछे जाने पर कि एक एल्युमीनियम सिलेंडर क्यों डूबता है, एक छात्र गलत उत्तर दे सकता है, "क्योंकि इसका वजन अधिक होता है।"
विद्यार्थियों को ५-इंच-दर-५-इंच एल्युमिनियम फॉयल के दो टुकड़े दें। दोनों का द्रव्यमान ज्ञात कीजिए। छात्रों को पन्नी के एक वर्ग को एक तंग गेंद में कुचलने के लिए कहें, इसे पानी में गिरा दें और इसे डूबते हुए देखें। दूसरे वर्ग के साथ प्रयोग तब तक करें जब तक आपको एल्युमीनियम को तैरने का कोई तरीका न मिल जाए।
जब एल्युमीनियम का आकार नाव के आकार का होगा तो वह तैरेगा क्योंकि मात्रा बहुत बढ़ गई है जबकि द्रव्यमान वही रहा है. नाव का पतवार हवा से भर जाता है, जिससे महत्वपूर्ण भार जोड़े बिना मात्रा बढ़ जाती है। नाव तैरेगी यदि नाव का द्रव्यमान उसके द्वारा विस्थापित पानी से कम हो। एक खोखले पतवार के साथ, नाव गेंद की तुलना में अधिक पानी को विस्थापित करेगी।
हॉवरिंग हीलियम बैलून
•••कॉमस्टॉक / स्टॉकबाइट / गेट्टी छवियां
गुरुत्वाकर्षण बल वस्तु के द्रव्यमान पर निर्भर करता है कि वह किसी द्रव के माध्यम से नीचे की ओर खींचे। जैसे ही वस्तु डूबने लगती है, उत्प्लावन बल वस्तु को ऊपर की ओर धकेलने का कार्य करता है। यदि गुरुत्वाकर्षण बल उत्प्लावन बल से अधिक है, तो वस्तु डूब जाएगी। हीलियम के गुब्बारे हवा में तैरते हैं क्योंकि वे जिस हवा को विस्थापित करते हैं उसका द्रव्यमान हीलियम और गुब्बारे के द्रव्यमान से अधिक होता है.
एक रिबन को हीलियम के गुब्बारे से बांधें और यह तैर जाएगा क्योंकि उत्प्लावन बल गुरुत्वाकर्षण बल से अधिक है। वजन बढ़ाकर गुरुत्वाकर्षण बल बढ़ाएं। प्रेट्ज़ेल को रिबन से बांधें, वजन बढ़ाएं जब तक कि गुब्बारा डूब न जाए। अब प्रेट्ज़ेल के छोटे-छोटे टुकड़ों को तब तक कुतरें जब तक कि गुब्बारा धीरे-धीरे ऊपर न उठने लगे। यदि आप गुब्बारे को "होवर" करने के लिए प्राप्त कर सकते हैं, तो गुरुत्वाकर्षण बल उत्प्लावक बल के बराबर है।
आर्किमिडीज प्रयोग Experiment
आर्किमिडीज के सिद्धांत का उपयोग करते हुए, छात्र यह निर्धारित कर सकते हैं कि कोई वस्तु अलग-अलग तरल पदार्थों में डूबेगी या तैरेगी।
गर्म पानी से एक साफ गिलास तैयार करें। एक अंगूर डालें और वह डूब जाएगा। गिलास में नमक डालें और अंगूर तैरने लगे। आर्किमिडीज के सिद्धांत को याद रखें: यदि किसी वस्तु का वजन द्रव में अपने स्वयं के आयतन से अधिक होता है, तो वह डूब जाएगी। पानी में नमक मिलाने से द्रव्यमान प्रति इकाई आयतन में तब तक बढ़ जाएगा जब तक कि यह अंगूर के बराबर या अधिक घना न हो जाए। इस समय अंगूर तैरने लगेगा।
आप छात्रों को अजीब आकार की वस्तुओं के बारे में चतुर विचारों के साथ आने के लिए आमंत्रित कर सकते हैं जो तैर सकती हैं या नहीं, और यह वर्णन कर सकती हैं कि उनका उपयोग कैसे किया जा सकता है।