متى يطفو الجسم على سطح الماء؟ يتم تحديد طفو الجسم أو غرقه من خلال العديد من العوامل مثل الكثافة والكتلة.
في هذا الموضوع سنجيب عن السؤال السابق وسنشرح مفهوم الطفو وقوانينه وقانون الطفو في أرخميدس ومعنى الكثافة وسنناقش بعض تطبيقات الطفو.
متى يطفو الجسم على سطح الماء؟
قبل الإجابة على هذا السؤال وتحديد العوامل المختلفة للطفو، دعنا نشرح الطفو الذي يؤثر على حمل السفن في المحيط، أو غرقها، أو حمل الأشخاص وغرقهم.
ما هو الطفو؟
تؤثر كثافة المواد على قابليتها للطفو على سطح السائل، لذلك إذا كانت كثافة المواد أقل من كثافة السائل.
إذا كانت كثافة المادة أكبر من كثافة السائل، فإنها تطفو فوقها وتخضع للغطس.
على سبيل المثال، يطفو الزيت على الماء ؛ هذا لأنه يحتوي على كثافة أقل من الماء، كثافة الماء 1 جم / سم 3.
ينقسم الجسم الصلب إلى قسمين ؛ جسم صلب وجسم أجوف، بينما يطفو الجسم الصلب في الماء إذا كانت كثافته أقل من كثافة الماء مثل الخشب.
وتغرق في الماء إذا كانت كثافتها أكبر من الماء كالحديد والجسم الأجوف مثل السفينة.
يتم حساب كثافته الإجمالية. إذا كانت أعلى من كثافة الماء، فسوف تغوص فيها.
ولكن إذا كانت كثافته أقل من كثافة الماء، فسوف يطفو فوقه، وتعبِّر كثافته الإجمالية عن نسبة كتلته الإجمالية إلى حجمه الإجمالي.
أنظر أيضا: دراسة القوة المؤثرة على الجسم
ما هي الكثافة
تُعرف كمية المواد الموجودة في وحدة ذات حجم معين من مادة بالكثافة، ويتم قياس الكثافة باستخدام الوحدة جم / سم 3، والتي تعبر عن المادة وتركيزها في الفضاء.
تتميز المواد عالية الكثافة بجزيئاتها القريبة والمعبأة بإحكام.
لكن المواد ذات الكثافة المنخفضة تتميز بأن جزيئاتها تكون بعيدة عن بعضها البعض.
لذلك تختلف كثافة المواد عن بعضها البعض، لأن هناك مواد تتميز بكثافة عالية مثل الذهب، ومواد أخرى تتميز بقلة الكثافة مثل الخشب.
ترتبط الكثافة بالعديد من العوامل، العامل الأول هو الكتلة، وهي عدد المواد في الجسم.
تقاس باستخدام وحدة go kg، أو تقاس في راحتي الموازين، فكلما زادت كتلة المادة، زادت الكثافة.
العامل الثاني هو الحجم، وهو مقدار المساحة التي يشغلها الجسم، ويتم قياسه باستخدام اللترات أو المليلتر أو المتر المكعب أو السنتيمتر المكعب.
تصنيف الكثافة
هناك عدة تصنيفات للكثافة وهي كالتالي:
كثافة الكتلة
- هذا عن طريق قياس تراكيز المواد في الجسم.
كثافة التيار
- يتحقق من تركيز الرسوم الحالية.
كثافة الشحنة
- يقيس تركيزات الشحنات في الملف.
كثافة الطاقة
- يعبر عن كمية الطاقة المتاحة.
- كثافة القوة أو كمية القوة.
كثافة الهواء
- يقيس تركيزات الهواء في الفراغ.
كثافة مساحة سطح الجسم
- يتم قياسه لكل وحدة مساحة.
كثافة الجسم الطولية
- يقاس بوحدات الطول.
كثافة الجسم النسبية
- يقاس بالشكل النسبي للمادة.
كثافة الجسم المحددة
- كل نوع له كثافة محددة.
قوة شديدة
أول من درس طفو جسم صلب أو غمره في الماء كان العالم أرخميدس “287 – 212 قبل الميلاد”.
باستخدام قوانين الطفو، تم بناء العديد من طرق النقل البحري الرائعة.
أين قانون الطفو في أرخميدس؟ قوة الطفو هي نتاج وزن جسم الماء مطروحًا منه وزن جسم الهواء.
يساوي وزن السائل المفقود، وبالتالي ينص هذا القانون على أن الجسم المغمور في سائل يفقد وزنًا يساوي وزن السائل المفقود.
من المؤكد أن قوة الطفو للأجسام تحدد ما إذا كان الجسم سيغرق أو يطفو على سطح الماء، إذا كانت قوة الطفو أقل من الوزن ؛ يغرق الجسم مثل الحديد.
وفي الوقت نفسه، إذا كانت قوة الطفو أكبر من الوزن، فسوف يطفو الجسم مثل الشجرة.
أما إذا كانت قوة الطفو مثل وزن الجسم ؛ يبقى الكائن معلقًا بين سطح السائل والغرفة مثل الغواصات.
قد تكون مهتمًا: ما هي الخاصية التي تفسر تعويم الإبرة على سطح الماء؟
متى يطفو الجسم على سطح الماء؟
يطفو الجسم على سطح الماء إذا كانت كثافة الجسم أقل من كثافة الماء، لذلك يدفع الماء الجسم إلى أعلى.
يستمر في الدفع لأعلى وأكثر كلما زاد حجم الجسم تحت الماء.
لا يتأثر بعمق الماء أو حجمه، وإذا كانت القوة الهابطة للوزن أكبر من قوة الماء الذي يدفع الجسم فقد يغرق.
بمعنى آخر إذا كان وزن جسم معين أقل من وزن الماء المفقود، فإن كثافة الجسم أقل من كثافة الماء.
هذا هو سبب عوم الجسم على سطح الماء، ولكن إذا كان وزن الجسم أكبر من وزن الماء المزاح، فإن كثافة الجسم أكبر من كثافة الماء، وهذا هو سبب تعرض الجسد للغرق.
تطبيقات قانون الطفو
هناك العديد من التطبيقات لمفهوم الطفو، ومن أشهر هذه التطبيقات ما يلي:
كثافة السائل المجهول
من خلال تحديد الطفو ومفهومه، طور العلماء مقياس كثافة السوائل لقياس كثافة سائل غير معروف.
وذلك بالاعتماد على قانون الجثث المغمورة جزئيًا.
تعويم السفن
من خلال مفهوم الطفو، تمكن العلماء من جعل السفن كبيرة جدًا بالإضافة إلى تجويفها الداخلي أيضًا.
لذلك فإن كثافة السفن أقل من كثافة الماء مما يساعدها على الطفو على سطح الماء.
إنتاج الغواصات
يعتمد بناء الغواصات بالكامل على فكرة بناء السفن. الهياكل المعدنية مصنوعة من تجويف كبير جدًا، مما يجعل كثافة السفن أقل من كثافة الماء.
لكي تغوص الغواصة في عمق المياه، يتم ضخ خزاناتها بالماء.
لزيادة كثافة الغواصة، وعندما يريد قائدها أن يطفوها إلى السطح، يفرغ منها الماء في الخزانات وترتفع إلى السطح.
اخترنا لك: الفرق بين الكتلة والوزن والحجم والكثافة
قانون الطفو في أرخميدس
نص القانون
عندما يكون جسم ما مغمورًا كليًا أو جزئيًا في الماء، فإنه يتعرض لقوة تدفعه ويطفو على سطح الماء.
هذه القوة تساوي وزن السائل الذي يزيحه الجسم، ويسمى هذا القانون “قوة الطفو”. فيما يلي الصيغة الرياضية لقانون قوة الطفو:
قانون قوة الطفو هو قفزة حب = s1 h1
في حين:
- W1 هي كثافة السائل الثابت.
- تختلف كثافة المادة عن كثافة السائل.
- H1: كمية السائل.
- الحب: حجم الجسد.
مثال على قانون الطفو في أرخميدس
غرقت سفينة في المحيط الأطلسي عندما اصطدمت بأحد الجبال الجليدية، فإذا علمت أن كثافة الجليد تبلغ تسعين وعشرين كجم / م 3.
كثافة الماء في المحيط الأطلسي تساوي ألف وثلاثين كغ / م 3، ما هي نسبة الأجزاء المغمورة من هذا الجبل الجليدي إلى الأجزاء العائمة؟
لأن القانون الحب ترتد = w1 h1
لذا 1 ساعة / حبة = thb / s 1 h 1 / حبة = 920 كجم / م 1030/3 كجم / م 3 ساعات 1 / حبة = 0.89.
بعبارة أخرى، تبلغ نسبة الأجزاء المغمورة من الجبل الجليدي إلى أجزائه العائمة 89٪.
لا تنس أن تقرأ: ما تعرفه عن الدفع عندما يطفو الجسم على الماء
في نهاية الموضوع، بعد أن اختبرنا مفهوم الطفو، مفهوم الكثافة وتصنيفها، ونعرف أيضًا القوة، وأجبنا على السؤال في المقال المتمثل بـ “متى يطفو الجسم فوق الماء؟ “
وناقشنا تطبيقات قانون الطفو، وشرحنا قانون الطفو في أرخميدس ببعض الأمثلة عليه، يجب مشاركة هذا الموضوع على جميع وسائل التواصل الاجتماعي.