Kanuni ya Archimedes ni moja kati ya sheria muhimu sana katika sayansi ya fizikia, hususan kwenye tawi linaloshughulikia tabia za vimiminika (fluid mechanics). Kanuni hii iligunduliwa na mwanafizikia na mwanahisabati mashuhuri wa Ugiriki ya Kale aliyeitwa Archimedes. Inafafanua jinsi vitu dhabiti vinavyofanya kazi vikiwa vimezamishwa ndani ya vimiminika kama vile maji.Kanuni hii inatamka rasmi kwamba: Kitu chochote kikiwa kimezamishwa chote au sehemu yake tu ndani ya kimiminika, hukabiliwa na kani ya kusukuma juu (upthrust) ambayo kiasi chake ni sawa kabisa na uzito wa kimiminika kilichomshwa au kusogezwa pembeni na kitu hicho. Ili kuelewa na kuthibitisha ukweli huu kimaabara, tunahitaji kufanya jaribio la kisayansi linalopima uzito wa kitu hewani, uzito wake kikiwa majini, na uzito wa maji yaliyomshwa.
2. VIFAA VINAVYOHITAJIKA KWA AJILI YA JARIBIO
Ili kukamilisha uthibitisho huu kwa usahihi wa hali ya juu, unapaswa kuandaa vifaa vifuatavyo vya kimaabara:- Kitu dhabiti kizito (kama vile jiwe au dongo la chuma ambalo haliyeyuki kwenye maji).- Mizani ya miondoko au chemchemi (Spring balance) kwa ajili ya kupimia nguvu ya uzito.- Bakuli au kikombe cha Eureka (Eureka can / Overflow can) chenye mrija wa kutolea maji ya ziada.- Silinda ya kupimia ujazo (Measuring cylinder) kwa ajili ya kukusanya na kupima maji yanayomshwa.- Maji safi ya kawaida na uzi mwembamba usiofyonza maji kwa ajili ya kufungia kile kitu kizito.
3. HATUA KWA HATUA ZA KUFANYA JARIBIO HILI
Zifuatazo ni hatua za kimfumo na kimantiki zinazopaswa kufuatwa kwa makini ili kupata vipimo sahihi vinavyothibitisha kanuni hiyo ya Archimedes:
Hatua ya Kwanza: Kupima Uzito Hewani
Funga kile kitu dhabiti (mfano chuma) kwa kutumia uzi mwembamba. Kisha, kuning'iniza kitu hicho kwenye mizani ya chemchemi (spring balance). Soma kiwango cha uzito kinachoonyeshwa kwenye mizani hiyo ukiwa bado upo hewani. Gidhinisha kipimo hiki kama W1 (Uzito wa kitu hewani).
Hatua ya Pili: Kuandaa Kikombe cha Eureka
Jaza maji ndani ya kikombe cha Eureka mpaka yafikie usawa wa ule mrija wa kutolea maji ya ziada. Ruhusu maji yote ya ziada yamwagike kwanza mpaka yaishe kabisa na maji yabaki tuli. Baada ya hapo, weka silinda ya kupimia ujazo ambayo haina maji yoyote (kavu kabisa) chini ya ule mrija ili ikusanye maji yatakayomwagika hapo baadaye.
Hatua ya Tatu: Kuzamisha Kitu Ndani ya Maji
Shusha chini taratibu ile mizani ya chemchemi yenye kile kitu kizito mpaka kizamie kikamilifu ndani ya maji yaliyopo kwenye kikombe cha Eureka. Hakikisha kitu hicho hakigusi kuta za chombo wala sakafu ya kikombe cha Eureka ili kisivuruge vipimo. Utashtuka kuona kuwa kiwango cha uzito kwenye mizani kimeshuka chini.
Hatua ya Nne: Kuchukua Vipimo vya Mwisho
Soma uzito mpya unaoonyeshwa kwenye mizani ya chemchemi wakati kitu kikiwa kimezama ndani ya maji. Gidhinisha kipimo hiki kama W2 (Uzito wa kitu ndani ya maji). Wakati huohuo, utaona maji yakimwagika kupitia mrija wa Eureka kwenda kwenye silinda ya kupimia. Subiri maji yote yaache kudondoka, kisha pima uzito au ujazo wa maji yaliyokusanyika kwenye silinda hiyo ya vipimo (W3).
4. MCHORO WA MATOKEO YA JARIBIO
Kielelezo 1: Uhusiano wa Kani ya Juu na Maji Yaliyomshwa
Mchoro unaonyesha jinsi chombo kilichozamishwa kinavyosukuma maji ya ziada kutoka kwenye kikombe cha Eureka kwenda kwenye silinda ya kupimia.
5. JINSI YA KUFANYA HESABU NA UTANGAZAJI WA MATOKEO
Baada ya kupata vipimo vyote vitatu (W1, W2, na W3), sasa tunafanya hesabu rahisi za kifizikia ili kuona kama kanuni yetu imethibitika ipasavyo:
Hatua ya kwanza ni kutafuta kiasi cha uzito uliopotea (Apparent loss of weight):
Kupotea kwa Uzito = W1 (Hewani) - W2 (Majini)
Kiwango hiki cha uzito uliopotea ndicho kinachowakilisha Kani ya kusukuma juu (Upthrust Force).
Sasa, linganisha jibu ulilopata la (W1 - W2) na kile kipimo cha W3 ambacho ni uzito wa yale maji yaliyomwagika kwenye silinda ya kupimia. Katika jaribio lililofanyika kwa usahihi bila makosa ya kibinadamu, utagundua kuwa:
Mlinganyo wa Mwisho:
W1 - W2 = W3
Hii inamaanisha: Kani ya kusukuma juu = Uzito wa maji yaliyomshwa pembeni.
6. HITIMISHO NA MAMBO YA KUZINGATIA
Mlinganyo huo hapo juu unapofikiana kwa usawa, unakuwa umethibitisha kikamilifu Kanuni ya Archimedes kimaabara. Hata hivyo, ili jaribio lako lisiwe na makosa, lazima uhakikishe kuwa kitu kizito hakigusi kuta za kikombe cha Eureka wakati kimezamishwa, na pia uhakikishe kuwa hakuna viputo vya hewa vilivyonasa chini ya kitu hicho vinavyoweza kuongeza kani ya juu isivyo halali.Uthibitisho huu ndio unaotumika leo katika uhandisi mkubwa duniani, kama vile kubuni na kutengeneza meli kubwa za chuma zinazoweza kuelea baharini bila kuzama, pamoja na nyambizi (submarines) zinazoweza kuzama na kuibuka majini kwa kudhibiti kiwango cha maji yanayomshwa.
