Echilibrul hidrostatic

Balanța hidrostatică este un echilibru destinat să demonstreze forța Arhimede prin cântărire hidrostatică metoda . De asemenea, este utilizat pentru a determina densitatea obiectelor care nu sunt solubile în apă și mai dense decât apa sau densitatea lichidelor. Funcționarea sa se bazează pe faptul că greutatea aparentă a unui obiect se schimbă atunci când este scufundat în apă.

Bilanțul hidrostatic a fost mult timp un instrument educațional, dar există și balanțe hidrostatice de precizie utilizate în bijuterii .

Galileo , într-un tratat La Bilancetta , proiectează una dintre primele balanțe hidrostatice destinate determinării compoziției unui aliaj.

Instrument educațional

Balanța hidrostatică arată ca o balanță obișnuită a fasciculului echipată cu două plăci. Sub fiecare tavă este plasat și un cârlig care vă permite să atârnați obiecte.

Demonstrarea principiului lui Arhimede

Un obiect este suspendat sub prima placă și grinda este echilibrată prin plasarea greutăților în a doua placă. Obiectul este apoi scufundat într-un recipient umplut cu apă, lăsându-l atârnat pe prima farfurie. Primul platou urcă apoi. Greutatea aparentă a obiectului este deci mai mică în apă decât în aer.

Experimentul este apoi repetat, adăugând un recipient gol pe prima placă, echilibrând cele două plăci și scufundând obiectul într-un recipient umplut până la refuz cu apă. Obiectul scufundat în apă curăță o cantitate de apă care este recuperată cu preț. Primul platou urcă apoi. Apa recuperată este apoi turnată în recipientul situat pe prima placă: balanța revine la echilibru.

Calculul densității obiectului

Un obiect este suspendat sub prima placă și fasciculul este echilibrat prin adăugarea de greutăți în a doua placă. Masa M a obiectului este astfel măsurată.

Obiectul este apoi scufundat într-un recipient plin cu apă. Prima placă crește, grinda este apoi echilibrată prin depunerea greutăților în prima placă, aceste greutăți măsoară masa m a volumului de apă deplasată. Densitatea obiectului este raportul M / m

Calculul volumului obiectului

Obiectul, scufundat în apă, a deplasat o cantitate de apă a cărei masă m permite determinarea volumului. Dacă a fost necesar să se echilibreze balanța depunând o masă m de 300 de grame pe prima placă, solidul are un volum de 300 cm 3 .

Calculul densității unui lichid

Un obiect este suspendat sub prima placă și fasciculul este echilibrat prin adăugarea de greutăți în a doua placă. Obiectul este scufundat într-un recipient umplut cu apă și fasciculul este echilibrat prin adăugarea de greutăți în prima placă, măsurând astfel masa m a volumului de apă deplasat. Prima tavă este golită și obiectul este apoi scufundat în recipientul care conține lichidul a cărui densitate se dorește a fi determinată. Drapelul este din nou echilibrat prin depunerea greutăților în prima placă. Masa m 'de lichid deplasat este astfel măsurată. Densitatea lichidului este raportul m '/ m

În bijuterii

În bijuterii și gemologie , cântarele hidrostatice sunt utilizate pentru a evalua densitatea unei bijuterii. Echilibrul hidrostatic face posibilă determinarea greutății pietrei în aer, apoi a greutății acesteia în apă. Împărțind greutatea sa în aer la diferența dintre cele două greutăți obținem densitatea sa.

Deci, dacă o piatră cântărește 2,4 grame în aer și 1,8 grame în apă, densitatea sa este

{\ displaystyle {\ frac {2,4} {2,4-1,8}} = 4}

În practică, scările hidrostatice moderne scad direct.

„Bilancetta” lui Galileo

În 1586, Galileo își imaginează și realizează un echilibru care face posibilă determinarea densității obiectelor, dar și a compoziției unui aliaj. Cercetările sale sunt inspirate din legenda lui Arhimede și coroana lui Hiero . Galileo folosește o cântare romană în care echilibrul baletelor este realizat prin deplasarea unei greutăți pe braț, care nu susține obiectul.

Experimentul constă în agățarea obiectului pe primul braț și deplasarea greutății până la atingerea echilibrului. Apoi măsoară distanța OA separând greutatea de axa balanței. Apoi aruncă obiectul în apă. Greutatea aparentă a obiectului fiind mai mică, este necesar să deplasați greutatea spre axa cântarului într-un punct B pentru a echilibra fasciculul.

Galileo demonstrează în timp ce densitatea obiectului este determinat ca raport lungime: . ${\ displaystyle {\ frac {OA} {AB}}}$

Apoi prezintă o metodă pentru determinarea compoziției unui aliaj de două metale. Pentru aceasta, are nevoie de trei obiecte de aceeași masă, unul compus din metal 1, al doilea din metal 2 și al treilea fiind un aliaj al acestor două metale. Deoarece cele trei obiecte au aceeași masă, prin agățarea lor de brațul balanței, greutatea trebuie plasată în același punct A pentru a echilibra fasciculul. Apoi înmoaie succesiv cele trei obiecte în apă și notează succesiv cele trei poziții noi ale greutății pentru metalul 1, pentru metalul 2 și pentru aliaj. $B_1$ $B_2$ $B_ {a}$

El afirmă apoi că poziția lui este baricentrul punctelor și afectat al maselor și al celor două metale din aliaj. Prin urmare, este suficient să măsurați distanțele și să cunoașteți compoziția aliajului: partea din metal 1 este din și cea din metal 2 este din $B_ {a}$ $B_1$ $B_2$ $m_1$ $m_ {2}$ ${\ displaystyle B_ {2} B_ {a}}$ ${\ displaystyle B_ {1} B_ {a}}$ ${\ displaystyle {\ frac {B_ {2} B_ {a}} {B_ {1} B_ {2}}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {B_ {1} B_ {a}} {B_ {1} B_ {2}}}.}$

Apoi descrie cum se face un astfel de echilibru și cum se măsoară aceste lungimi diferite cu precizie folosind bobine.

Note și referințe

Echilibrul hidrostatic , societatea belgiană de gemmologie
Émile Namer, Tratatul despre „Echilibrul hidrostatic” de Galileo În: Jurnal de istorie a științei și aplicațiile lor. 1964, volumul 17 nr. 4. pp. 397-403.

Bibliografie

Charles Drion, Emile Fernet, Tratat de fizică elementară , V. Masson, 1869;
Émile Namer, Tratatul despre „Echilibrul hidrostatic” de Galileo . În: Journal of the history of science and their applications. 1964, volumul 17 nr. 4. pp. 397-403.

Vezi și tu