Buoyancy & Floatation | उछाल और तैरने की क्रिया
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Buoyancy & Floatation | उछाल और तैरने की क्रिया
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| Boat |
Buoyancy या upthrust, एक तरल पदार्थ द्वारा उत्सर्जित एक उर्ध्व बल है जो आंशिक या पूरी तरह से विसर्जित वस्तु के वजन का विरोध करता है। तरल पदार्थ के एक स्तंभ में, अधिक तरल पदार्थ के वजन के परिणामस्वरूप गहराई के साथ दबाव बढ़ता है। इस प्रकार किसी स्तंभ के तल पर दबाव स्तंभ के शीर्ष से अधिक होता है। इसी प्रकार, किसी तरल पदार्थ में डूबी किसी वस्तु के तल पर दबाव वस्तु के शीर्ष से अधिक होता है। दबाव अंतर से वस्तु पर शुद्ध उर्जा बल आता है। बल का परिमाण दाब अंतर के समानुपाती होता है, और द्रव के भार के बराबर होता है जो अन्यथा वस्तु के डूबे हुए आयतन पर कब्जा कर लेता है, अर्थात विस्थापित द्रव।
इस कारण से, एक ऐसी वस्तु जिसका औसत घनत्व द्रव से अधिक होता है जिसमें यह डूब जाता है डूब जाता है। यदि वस्तु तरल से कम सघन है, तो बल वस्तु को बचाए रख सकता है। यह केवल एक गैर-जड़त्वीय संदर्भ फ्रेम में हो सकता है, जिसमें या तो गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र होता है या "डाउनवर्ड" दिशा को परिभाषित करने वाले गुरुत्वाकर्षण के अलावा किसी अन्य बल के कारण तेजी होती है।
किसी वस्तु के उछाल का केंद्र द्रव के विस्थापित मात्रा का केन्द्रक होता है।
आर्किमिडीज के सिद्धांत का नाम आर्किमिडीज ऑफ सिरैक्यूज़ के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने पहली बार 212 ईसा पूर्व में इस कानून की खोज की थी। वस्तुओं के लिए, तैरते और डूबते हुए, और गैसों के साथ-साथ तरल पदार्थ, आर्किमिडीज के सिद्धांत को इस प्रकार बलों के संदर्भ में कहा जा सकता है: "किसी भी वस्तु, पूर्ण या आंशिक रूप से एक तरल पदार्थ में डूबे हुए, वस्तु द्वारा विस्थापित द्रव के वजन के बराबर एक बल द्वारा उछाल दिया जाता है" —इस स्पष्टीकरण के साथ कि एक धँसी हुई वस्तु के लिए विस्थापित द्रव का आयतन वस्तु का आयतन है, और किसी तरल पदार्थ पर तैरने वाली वस्तु के लिए, विस्थापित तरल का भार वस्तु का भार है।
आर्किमिडीज का सिद्धांत शरीर पर सतह के तनाव (केशिका) को कार्य नहीं मानता है, लेकिन यह अतिरिक्त बल केवल विस्थापित द्रव की मात्रा और विस्थापन के स्थानिक वितरण को संशोधित करता है, इसलिए सिद्धांत है कि विस्थापित द्रव का भार उछाल या वैध है।
विस्थापित द्रव का वजन विस्थापित द्रव की मात्रा के सीधे आनुपातिक होता है (यदि आसपास का द्रव एक समान घनत्व का हो)। सरल शब्दों में, सिद्धांत कहता है कि एक वस्तु पर उछाल बल बल वस्तु द्वारा विस्थापित तरल पदार्थ के वजन के बराबर होता है, या जलमग्न मात्रा के गुणा द्वारा द्रव का घनत्व गुरुत्वाकर्षण त्वरण गुणा होता है। इस प्रकार, समान द्रव्यमान के साथ पूरी तरह से जलमग्न वस्तुओं के बीच, अधिक मात्रा वाली वस्तुओं में अधिक उछाल होता है। इसे अपट्रस्ट के नाम से भी जाना जाता है।
एक फ्लोटिंग ऑब्जेक्ट स्थिर है यदि यह एक छोटे से विस्थापन के बाद खुद को एक संतुलन स्थिति में पुनर्स्थापित करने के लिए जाता है। उदाहरण के लिए, फ्लोटिंग ऑब्जेक्ट्स में आमतौर पर ऊर्ध्वाधर स्थिरता होती है, जैसे कि ऑब्जेक्ट को थोड़ा नीचे धकेल दिया जाता है, इससे एक बड़ी उछाल वाली ताकत पैदा होगी, जो वजन बल से असंतुलित होकर वस्तु को पीछे धकेल देगी।
अस्थायी जहाजों में घूर्णी स्थिरता का बहुत महत्व है। एक छोटे कोणीय विस्थापन को देखते हुए, पोत अपनी मूल स्थिति (स्थिर) पर वापस आ सकता है, अपनी मूल स्थिति (अस्थिर) से दूर जा सकता है, या जहां वह (तटस्थ) रहता है।
घूर्णी स्थिरता किसी वस्तु पर बलों की कार्रवाई की सापेक्ष रेखाओं पर निर्भर करती है। किसी वस्तु पर उर्ध्वगामी उछाल बल के केंद्र के माध्यम से कार्य करता है, जो द्रव के विस्थापित मात्रा का केन्द्रक होता है। वस्तु पर भार बल उसके गुरुत्वाकर्षण के केंद्र के माध्यम से कार्य करता है। एक उद्वेलित वस्तु स्थिर होगी यदि गुरुत्वाकर्षण का केंद्र उद्विग्नता के केंद्र के नीचे हो क्योंकि कोई भी कोणीय विस्थापन तब 'सही होने का क्षण' उत्पन्न करेगा।
सतह पर एक उछालयुक्त वस्तु की स्थिरता अधिक जटिल है, और यह स्थिर रह सकता है भले ही गुरुत्वाकर्षण का केंद्र उछाल के केंद्र के ऊपर हो, बशर्ते कि जब संतुलन की स्थिति से परेशान हो, तो उछाल का केंद्र उसी तरफ आगे बढ़ जाता है गुरुत्वाकर्षण का केंद्र गति करता है, इस प्रकार एक सकारात्मक अधिकार प्रदान करता है। यदि ऐसा होता है, तो फ्लोटिंग ऑब्जेक्ट को एक सकारात्मक मेटासेंट्रिक ऊँचाई कहा जाता है। यह स्थिति आम तौर पर एड़ी के कोणों की एक श्रेणी के लिए मान्य होती है, जिसके परे उछाल का केंद्र एक सकारात्मक सही क्षण प्रदान करने के लिए पर्याप्त नहीं चलता है, और वस्तु अस्थिर हो जाती है। एक हीलिंग गड़बड़ी के दौरान एक से अधिक बार सकारात्मक से नकारात्मक या इसके विपरीत स्थानांतरित करना संभव है, और कई आकार एक से अधिक स्थिति में स्थिर हैं।
एक फ्लोटिंग ऑब्जेक्ट स्थिर है यदि यह एक छोटे से विस्थापन के बाद खुद को एक संतुलन स्थिति में पुनर्स्थापित करने के लिए जाता है। उदाहरण के लिए, फ्लोटिंग ऑब्जेक्ट्स में आमतौर पर ऊर्ध्वाधर स्थिरता होती है, जैसे कि ऑब्जेक्ट को थोड़ा नीचे धकेल दिया जाता है, इससे एक बड़ी उछाल वाली ताकत पैदा होगी, जो वजन बल से असंतुलित होकर वस्तु को पीछे धकेल देगी।
अस्थायी जहाजों में घूर्णी स्थिरता का बहुत महत्व है। एक छोटे कोणीय विस्थापन को देखते हुए, पोत अपनी मूल स्थिति (स्थिर) पर वापस आ सकता है, अपनी मूल स्थिति (अस्थिर) से दूर जा सकता है, या जहां वह (तटस्थ) रहता है।
घूर्णी स्थिरता किसी वस्तु पर बलों की कार्रवाई की सापेक्ष रेखाओं पर निर्भर करती है। किसी वस्तु पर उर्ध्वगामी उछाल बल के केंद्र के माध्यम से कार्य करता है, जो द्रव के विस्थापित मात्रा का केन्द्रक होता है। वस्तु पर भार बल उसके गुरुत्वाकर्षण के केंद्र के माध्यम से कार्य करता है। एक उद्वेलित वस्तु स्थिर होगी यदि गुरुत्वाकर्षण का केंद्र उद्विग्नता के केंद्र के नीचे हो क्योंकि कोई भी कोणीय विस्थापन तब 'सही होने का क्षण' उत्पन्न करेगा।
सतह पर एक उछालयुक्त वस्तु की स्थिरता अधिक जटिल है, और यह स्थिर रह सकता है भले ही गुरुत्वाकर्षण का केंद्र उछाल के केंद्र के ऊपर हो, बशर्ते कि जब संतुलन की स्थिति से परेशान हो, तो उछाल का केंद्र उसी तरफ आगे बढ़ जाता है गुरुत्वाकर्षण का केंद्र गति करता है, इस प्रकार एक सकारात्मक अधिकार प्रदान करता है। यदि ऐसा होता है, तो फ्लोटिंग ऑब्जेक्ट को एक सकारात्मक मेटासेंट्रिक ऊँचाई कहा जाता है। यह स्थिति आम तौर पर एड़ी के कोणों की एक श्रेणी के लिए मान्य होती है, जिसके परे उछाल का केंद्र एक सकारात्मक सही क्षण प्रदान करने के लिए पर्याप्त नहीं चलता है, और वस्तु अस्थिर हो जाती है। एक हीलिंग गड़बड़ी के दौरान एक से अधिक बार सकारात्मक से नकारात्मक या इसके विपरीत स्थानांतरित करना संभव है, और कई आकार एक से अधिक स्थिति में स्थिर हैं।
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