يجب أن يتضمن البحث عن قوى الطفو التي تؤثر على الجسم بعض التعريفات المهمة، بما في ذلك ما هو الطفو؟ وما يسمى بالقوة التي تعمل على الجسم للطفو، وذلك لأهمية قانون الطفو في حياتنا العملية، حيث يستخدم في بناء السفن والقوارب، ونلاحظها أيضًا في قدرة الإنسان على الممارسة. السباحة فلا بد من معرفة القانون ونصه وتطبيقه العملي.
تحديد قوة الطفو
- تُعرف قوة الطفو باسم قوة الطفو، وهي القوة التي تؤثر على الأجسام المغمورة في جميع السوائل، بما في ذلك الماء.
- عندما يتم وضع جسم ما في سائل، فإن هذا السائل يبذل قوة صاعدة تسمى قوة الطفو.
- كلما زاد العمق، كلما زاد الضغط، يكون الضغط في الجزء السفلي من الجسم دائمًا أكبر من الضغط في الجزء العلوي منه.
- وتجدر الإشارة إلى أن قوة الطفو موجودة دائمًا، سواء كان الجسم يطفو في السائل أو يغرق فيه.
- لكن ما إذا كان الجسم يغرق أم لا يعتمد على مقدار القوة ومساحة الجسم المغمورة في السائل، وكذلك كثافة السائل وكذلك كثافة الجسم المغمور.
- وهنا تكون قوة الطفو مساوية للفرق بين الوزن الفعلي للجسم، دون أي سائل، سواء أكان سائلًا أم غازًا، والوزن الظاهري للجسم في هذا الوسط السائل الذي يحيط به.
أنظر أيضا: البحث عن العوامل التي تؤثر على التوازن الكيميائي مع المراجع
حدد القوة المؤثرة على جسم ما
تُعرَّف قوة الطفو المؤثرة على جسم ما على أنها وزن السائل الذي أزاحه الجسم المغمور.
إذا كان حجم ووزن السائل المفقود يتناسب طرديًا مع حجم ووزن الجسم المغمور، فإن ما يلي هو مثال بسيط على ذلك:
- إذا غمرنا جسمًا على شكل مكعب بحجم متر مكعب واحد من الماء، فسيحرك هذا الجسم مترًا مكعبًا واحدًا من الماء، حيث يحدث إزاحة الماء المكعب المغمور، وهنا تساوي قوة الطاقة الوزن. من السائل المنقول.
- يؤثر المكعب المغمور في الماء أيضًا على قوة الضغط، نتيجة لوزن عمود الماء الموجود فوق السطح العلوي للمكعب، وكلما زاد عمق المكعب المغمور في الماء، يكون الوزن أكبر. من عمود الماء فوقه مما يؤدي إلى زيادة ضغطه.
كيف يطفو الجسد؟
- نلاحظ أن الأجسام الثقيلة عادة ما تغرق وأن الأجسام الخفيفة تطفو عادة، بغض النظر عن شكلها أو حجمها أو نوع المادة.
- لكن الأجسام تطفو أو تغرق بناءً على وزن الجسم وكثافته ومساحته المغمورة في السائل.
- لأنه إذا كان وزن الجسم المغمور أقل من وزن السائل المفقود، وكان حجم السائل المزاح مساويًا لحجم الجسم المغمور، في هذه الحالة يُستنتج أن كثافة الجسم المغمور قليلة جدًا. . من كثافة السائل، لذلك يطفو الجسم إلى النقطة التي يصبح فيها وزنه مساويًا لوزن مزاح السائل.
- إذا كان وزن الجسم المغمور أكبر من وزن السائل المفقود، فسوف يغرق في السائل ولن يطفو.
حدد مصطلح الطفو
- يعبر مصطلح الطفو عن ظاهرة حركة الأجسام المختلفة للسوائل سواء كانت غازية أو سائلة.
- على سبيل المثال، شجرة تطفو على الماء، ويطفو منطاد في الهواء.
- ساعدت معرفة مفاهيم وقوانين الطفو على اكتشاف العديد من التطبيقات في الحياة المستخدمة اليوم.
تابع أيضًا: ابحث عن كيفية تحكم غشاء البلازما بمرور المواد
قانون قوة الطفو التي تعمل على جسم
خلص العالم أرخميدس إلى أربع قواعد مهمة عند الانغماس الكلي أو الجزئي لجسم ما في سائل معين.
هذه القواعد هي كما يلي:
- كمية القوة التي تدفع السائل تساوي وزن السائل المفقود، لذلك إذا قمنا بوزن كمية السائل المحاصر بين قيمة الارتفاع القديم وقيمة الارتفاع الحالي، نلاحظ أن كمية الطاقة الناتجة عن السائل يساوي مقدار وزنه.
- تعتمد كمية القوة الناتجة عن السائل على مقدار الحجم المزاح بواسطة السائل، لذلك إذا تم وضع الجسم داخل سائل، فسوف يعمل على رفع السائل وسيكون ارتفاعه الحالي أكبر من ارتفاعه القديم.
- هذه القوة الناتجة تتناسب طرديًا مع كثافة السائل، لذلك كلما زادت كثافة السائل، زادت قوة الدفع على الجسم.
- يكون اتجاه هذه القوة الشديدة صاعدًا، نتيجة لسقوط الدفع على جسم مغمور في سائل، لذلك يبدو أن الأجسام المغمورة تفقد جزءًا من وزنها.
تطبيقات قانون قوة الطفو
صناعة السفن البحرية
- يعتمد العلماء على قانون الطفو لجعل السفن في البحر بطريقة مناسبة لتكون قادرة على الإبحار بسلاسة وعدم غرق، ويتم ذلك عن طريق زيادة حجم تجويفها الداخلي بشكل كبير، لأنه يساعد على تقليل كثافتها. من كثافة الماء، مما يمنحها قدرة كبيرة على الطفو فوقها.
قياس قيمة غير معروفة لكثافة السائل
- ساعد قانون الطفو العلماء على تصميم مقياس كثافة السوائل، وهو جهاز يستخدم لقياس كثافة السوائل ذات الكثافة غير المعروفة، استنادًا إلى الأجسام المغمورة جزئيًا في السائل.
صناعة الغواصات
- ساعد قانون الطفو العلماء في بناء غواصات من خلال تصميم هيكل معدني به تجويف داخلي كبير جدًا.
- لتقليل كثافتها إلى كثافة الماء، ولغوص الغواصة في المياه العميقة، تم إضافة خزانات المياه بداخلها.
- حتى تزداد كثافتها وتغرق في الماء، وتعود إلى السطح مرة أخرى، فإنها تفرغ خزانات المياه.
قد تكون مهتمًا بـ: البحث عن تأثيرات تلوث المياه على النباتات
حكم أرخميدس
تقديم أرخميدس
- من أهم علماء اللغة اليونانية الكلاسيكية.
- يرجع الفضل إليه في كتبه واختراعاته في اكتشاف العديد من القوانين وإنشاء العديد من الآلات الحديثة.
- درس الرياضيات والفلك والعلوم الطبيعية وكان فيزيائيًا ومهندسًا ومخترعًا.
- ولد عام 287 ق.م في صقلية، وتوفي عام 212 ق.م.
- طعنه جندي روماني حتى الموت بينما كان يحل مشكلة حسابية رسمها في الرمال داخل منزله.
حكم أرخميدس
- اعتمد أرخميدس على القوانين الأربعة السابقة للطفو، حيث حدد قاعدة مهمة جدًا عُرفت لاحقًا باسم قاعدة أرخميدس للأشياء التي تغرق.
- تنص هذه القاعدة على أنه عندما يكون الجسم مغمورًا كليًا أو جزئيًا في سائل.
- ينتج قوة تدفعه لأعلى، ويكون حجم هذه القوة مساويًا لوزن السائل المزاح.
حكم أرخميدس كما يلي:
- قوة الطفو لجسم مغمور بالكامل في سائل تساوي الفرق بين وزن الجسم في الهواء ووزن الجسم في السائل.
- أي يساوي حجم السائل المزاح مضروبًا في التسارع الناتج عن الجاذبية مضروبًا في كثافة هذا السائل.
- قوة الطفو المؤثرة على جسم مغمور جزئيًا في سائل تساوي وزن الجسم الموجود في الهواء، وهو ما يعادل وزن السائل.
يمكن التعبير عن قاعدة أرخميدس رياضيًا على النحو التالي:
- thb = s 1 h1، يعني Thb: فرق كثافة الجسم عن كثافة السائل.
- يعني الحب: حجم الجسم.
- يرمز W1 إلى كثافة السائل الثابت.
- يرمز H1 إلى: حجم السائل.
مثال على حكم أرخميدس
غرقت سفينة في المحيط بسبب اصطدامها بجبل جليدي. إذا كانت كثافة الجليد 920 كيلوجرامًا لكل متر مكعب، وكانت كثافة مياه البحر 1030 كيلوجرامًا لكل متر مكعب، فما قيمة نسبة الجزء المغمور من الجبل الجليدي إلى الجزء العائم؟
- الحل: بما أن thb = s1 h1، إذن h1 / love = s1 / s1.
- H1 / حبة = 920/1030 كجم لكل متر مكعب، لذلك
- H1 / الحب = 0.89، لذا فإن نسبة الجزء المغمور من الجبل الجليدي إلى الجزء العائم هي 89٪.
تثبت الأبحاث حول الطفو التي تؤثر على الجسم أهمية قانون الطفو، آنذاك والآن، لأن العلماء تمكنوا من استخدام قانون الطفو لتطبيقه على العديد من الصناعات الحديثة.