काही ग्रॅम वजनाचे धातूचे नाणे पाण्यात टाकल्यावर बुडते, परंतु हजारो टन वजनाचे जहाज पाण्यावर तरंगते. हे कसे काय शक्य होत असेल?A coin weighing a few grams sinks when dropped into the water, but a ship weighing thousands of tons floats on the water. How is this possible?

काही ग्रॅम वजनाचे धातूचे नाणे पाण्यात टाकल्यावर बुडते, परंतु हजारो टन वजनाचे जहाज पाण्यावर तरंगते. हे कसे काय शक्य होत असेल?

A coin weighing a few grams sinks when dropped into the water, but a ship weighing thousands of tons floats on the water. How is this possible?

याचे कारण इ.स.पू. २५० मध्ये आर्किमिडीज यांनी सांगितले - द्रवामध्ये एखादी वस्तू टाकल्यास, ती त्याच्या आकारमानाएवढे द्रव बाजूला सारते. पाण्यात एखादी वस्तू टाकली की पाण्याचा स्तराची उंची वाढते, हे तत्व आपण रोज पाहतो, परंतु त्याचे जीवनात उपयोजन करण्यासाठी त्याचा शास्त्रीय पध्दतीने अभ्यास करावा लागतो. तेच तत्व व्यवहारात उपयोग कसे आणले ते जाणून घेणार आहोत.

"विज्ञान हे विषयाच्या ज्ञानाचे संघटन आहे, तर शहाणपण हे आयुष्याच्या सर्व पैलूंचे संघटन आहे." - इमॅन्युएल कान्ट

कोणत्याही द्रवपदार्थात एखादी वस्तू तरंगते किंवा बुडते हे ठरवण्यासाठी जा गोष्टी महत्त्वपूर्ण ठरतात, त्या आपण समजून घेणार आहोत.

१. वस्तूची घनता 

२.  उत्कर्ष बल

३. आर्किमिडीजचे तत्व

४. शोधाची कथा

५. जीवनात उपयोजन

६. वैज्ञानिक पद्धती

नवीन पोस्ट ई-मेल द्वारे मिळवण्यासाठी ब्लॉगला सबस्क्राईब करा.

फेसबुक पेज लाईक करा: www.facebook.com/vidnyanwata

१. घनता : 

घनता म्हणजे  एकक आकारमानामध्ये (१ घन सेंटीमीटर) किती वस्तुमान (ग्रॅम) मावू शकते. समजा एखाद्या वस्तूची घनता ही  पाण्यापेक्षा कमी असेल, तर ती वस्तू पाण्यावर तरंगते. याचं कारण आहे उत्कर्ष बल.

 जेव्हा पाण्यामध्ये एखादी घन किंवा द्रव वस्तू, द्रव पदार्थामध्ये टाकली असता, द्रव त्या वस्तूवर उत्कर्ष बल लावते, हे उत्कर्ष बल हे तो पदार्थ किती पाणी बाजूला सारतो यावर अवलंबून असते. समजा एखादी वस्तू पाण्यात टाकली तर तिच्यावर दोन प्रकारचे बल कार्यरत असते -

i) गुरुत्व बल (gravitational force)

ii) उत्कर्ष बल (upthrust)

गुरुत्व बल जर उत्कर्ष बलापेक्षा जास्त असेल तर ती वस्तू पाण्यामध्ये बुडते आणि उत्कर्ष बल  गुरुत्व बलापेक्षा जास्त असेल तर ती वस्तू तरंगते. जर वस्तूची घनता ही पाण्यापेक्षा कमी असेल, तर उत्कर्ष बल हे गुरुत्व बलापेक्षा जास्त असते, त्यामुळे ती वस्तू पाण्यावर तरंगते.

२. उत्कर्ष बल :

*उत्कर्ष बल* म्हणजे द्रवाने वस्तूला गुरुत्व बलाच्या विरुद्ध दिशेने वर ढकलण्याची लावलेले बल आणि हे बल त्या वस्तूने जेवढा आकारमानाचे द्रव बाजूला सारते तेवढ्या प्रमाणात असते.

(उत्कर्ष बल = बाजूला सारलेल्या द्रवाचे वजन)

(वजन = वस्तुमान × गुरुत्व त्वरण, Weight = Mass × Acceleration due to gravity,  जर वस्तूचे वस्तुमान १० kg असेल तर त्याचे वजन १० kg ×९.८ m/s2 = ९८ newton) (आकडेमोडीच्या सोयीसाठी आपण g = 10 m/s2 घेवूया)

१ घन सेंटीमीटर लाकडाच्या तुकड्याचे वजन साधारण ०.७५ ग्रॅम असते, तर एक घनसेंटीमीटर पाण्याचे वजन १ ग्रॅम असते, त्यामुळे १ घन सेंटीमीटर लाकडाच्या तुकड्यांनी १ घन सेंटीमीटर पाणी बाजूला सारले, तर त्याच्यावर असणारे उत्कर्ष बल ७.५ न्यूटन असेल आणि तेवढेच गुरुत्व बल असेल, त्यामुळे दोन्ही बलांचा समतोल साधून वस्तू पाण्यावर तरंगेल. त्यामुळे कोणत्याही आकाराचा लाकडाचा तुकडा पाण्याच्या पृष्ठभागावर तरंगतो.

परंतु १ घनसेंटीमीटर धातूची नाणे पाण्यावर पाण्यात टाकले, तर त्याच्यावर ते १ घन सेंटीमीटर पाणी बाजूला सारते. त्याच्यावर लागणारे उत्कर्ष बल हे एक १० न्यूटन असेल परंतु त्याच्यावर असणारे गुरुत्व बल ८० न्यूटन असेल, त्यामुळे गुरुत्व बल हे उत्कर्ष बलापेक्षा जास्त होईल. नाणे पाण्याच्या तळ्यात जाईल.

त्यामुळे प्रश्न निर्माण होतो जर जड वस्तू पाण्यामध्ये तरंगावायची असेल तर काय केले पाहिजे आणि इथे उपयोगी पडते आर्किमिडीजचे तत्व.

३. आर्किमिडीजचे तत्व :

आर्किमिडीजचे तत्व सांगते की एखाद्या वस्तूवर असणारे उत्कर्ष बल हे हे त्यांनी बाजूला सारल्या पाहण्याच्या वजन एवढे असते. 

स्टीलचे जहाज पाण्यात तरंगावायचे असेल, तर त्याला त्याच्या आकारमानाच्या आठपट पाणी बाजूला सारावे लागेल, कारण पाण्याची घनता स्टीलची घनता पाण्याच्या आठपट जास्त आहे. त्यामुळे जहाजाचा आकार पोकळ आणि खोल असतो जेणेकरून स्टीलचे जहाज त्याच्या वजनाच्या आकारमानाच्या आठपट आकारमानाचे पाणी बाजुला सारु शकेल.
जर जहाजाचे वस्तुमान १००० kg (जर गोल आकार असेल तर १२५ लिटर)  असेल, तर त्याचे वजन १०,००० newton असेल. जहाजाने 

जर त्याने १००० kg (१००० लिटर) वस्तुमानाचे बाजूला सारले, तर त्याच्यावर प्रयुक्त उत्कर्ष बल पाण्याच्या वजनाएवढे म्हणजे १०,००० newton असेल. दोन्ही बलांचा समतोल साधून जहाज पाण्यावर तरंगते.

४. शोधाची कथा :

ही कथा आहे इसवी सन पूर्व तिसऱ्या शतकातील. आर्किमिडीज हा राजवैज्ञानिक होता. एकदा राजाने सोन्याचा मुकुट बनवून घेतला परंतु त्या सोन्यामध्ये भेसळ असण्याची शंका राजाच्या मनात आली. त्याने आर्कमिडीजला बोलून मुकुटाला काही न होता तो शुद्ध आहे का भेसळयुक्त आहे, हे शोधून काढायला सांगितले. अंघोळ पाण्याच्या टबमध्ये आंघोळ करता करता त्याला मनात हा विचार आला, की पाणी पाण्यात पडलेली वस्तू त्याच्या आकारमानाएवढे पाणी बाजूला सारते. त्यामुळे समान वजनाचे शुद्ध सोने हे  भेसळयुक्त सोन्यापेक्षा कमी पाणी बाजूला सारेल, कारण शुध्द सोन्याची घनता जास्त असते, त्यामुळे त्याचे आकारमान कमी असते. आर्किमिडीजने भेसळयुक्त सोन्याचा मुकुट व तेवढ्याच वजनाचा शुद्ध सोन्याचा तुकडा घेतला. काठोकाठ भरलेल्या पाण्यात भांड्यात सोन्याचा मुकुट व सोन्याचा तुकडा टाकला, त्यातून बाहेर पडलेले पाणी मोजले. दोघातील आकारमानातील फरक अत्यंत सूक्ष्म असल्यामुळे तो मोजता आला नाही. त्यांनी पाण्याच्या टबमध्ये सोने मोजण्याच्या तराजू ठेवला व त्याच्या एका बाजूला सोन्याचा मुकुट तर दुसऱ्या बाजूला तेवढ्याच वजनाचा शुद्ध सोन्याचा तुकडा ठेवला. मुकुट व सोन्याचा तुकडा यांचे वजन सारखे असल्यामुळे दोघांवर गुरुत्व बल सारखेच होते. मुकुटमध्ये भेसळ असल्यामुळे त्याचे आकारमान जास्त होते, त्यामुळे त्याच्यावर शुद्ध सोन्यापेक्षा जास्त उत्कर्ष बल लागले. त्यामुळे मुकुट असलेली तराजूची बाजू वर गेली आणि अस्सल सोन्याचा बाजूला खाली आली. अशाप्रकारे सोन्यातील भेसळ ओळखली गेली.

आर्किमिडीजच्या तत्वाचा उपयोग: 

१. पाणबुडी : पाणबुडीमध्ये एक स्थिरीकरण टाकी असते, त्या टाकीमध्ये गरजेनुसार समुद्रातून पाणी आत घेतले जाते व पाणबुडी समुद्राच्या आत खाली जाते, जेव्हा पाणबुडीला वर यायचे असते, तेव्हा स्थिरीकरण टाकीतून पाणी बाहेर काढले जाते.

 २.  वस्तूचे आकारमान/घनता मोजणे : 

पाण्याने काठोकाठ भरलेल्या भांड्यात ज्या वस्तूचे आकारमान मोजायचे आहे ती वस्तू टाका. ओसंडून वाहिलेले पाणी दुसऱ्या भांड्यात घेऊन त्याचे मोजपात्राच्या साहाय्याने आकारमान मोजा. त्या वस्तूचे वस्तुमान वजन काट्याच्या साहाय्याने मोजा. घनता = वस्तुमान / आकारमान (gm/cm3)

वैज्ञानिक पध्दती :

१. कुतूहल/प्रश्न - i) काही वस्तू पाण्यावर तरंगतात तर काही बुडतात 

 ii) एकाच पदार्थापासून बनलेले धातूचे नाणे पाण्यात बुडते तर त्याच धातूचे भांडे पाण्यावर तरंगते

२. गृहीतक - i) वस्तूच्या घनतेचा पाण्यावर तरंगणे किंवा बुडणे यावर परिणाम होत असावा. 

ii) विशिष्ट आकारामुळे धातूचे वस्तू पाण्यावर तरंगत असावे.

३. प्रयोग :

एकाच धातूचे वेगवेगळ्या आकाराच्या वस्तू पाण्यात टाकून बाजूला होणारे पाण्याचे आकारमान मोजणे.

४. विदा किंवा माहिती :

वेगवेगळ्या वस्तूंनी बाजूला सारलेल्या पाण्याच्या आकारमानाचा तक्ता

५. विश्लेषण :

आकार आणि बाजूलाच ठरलेले वस्तुमान यांच्यातील संबंध वस्तुमानाच्या प्रमाणात बाजूला सारलेल्या पाण्याचे आकारमान जास्त असेल तर वस्तू तरंगते.

६. निष्कर्ष :

पाण्यात पडलेल्या वस्तूवर दोन प्रकारचे बल असते गुरुत्व बल आणि उत्कर्ष बल. उत्कर्ष बल हे त्या पाण्याने सारलेल्या वस्तूने सारलेल्या पाण्याच्या वजनाएवढे असते.

माहिती कशी वाटली ती कमेंट्स करून सांगा. तुम्हाला या संकल्पनेबद्दल अधिक माहिती असेल किंवा दिलेल्या माहितीत सुधारणा करायची असेल तसेच कोणते प्रश्न असतील तरीही कमेंट्स करा. अशाच विज्ञानविषयक माहिती मिळवण्यासाठी ब्लॉगला subscribe करा.

#vidnyanwata #विज्ञानवाटा 

 #science #विज्ञान #science_in_marathi #मराठीतून_विज्ञान 

 #marathi #मराठी