متى يطفو الجسم على سطح الماء؟ يتم تحديد طفو الجسم أو غرقه بواسطة عدد من العوامل مثل الكثافة والكتلة.
سنجيب في هذا الموضوع عن السؤال السابق، ونوضح مفهوم الطفو وقوانينه، وقانون الطفو في أرخميدس، ومعنى الكثافة، ونذكر بعض تطبيقات الطفو.
متى يطفو الجسم على سطح الماء؟
قبل الإجابة على هذا السؤال وتحديد العوامل المختلفة للطفو، سنعرف الطفو بأنه يؤثر على حركة السفن في البحار، أو غرقها، أو حركة الرجال 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 مادة ما أكبر من كثافة السائل، فإنها تطفو على سطحها وتغرق فيه.
على سبيل المثال، يطفو الزيت على سطح الماء ؛ هذا لأنه يحتوي على كثافة أقل من الماء، كثافة الماء 1 جم / سم 3.
تنقسم المادة الصلبة إلى قسمين ؛ جسم صلب وجوف، بينما يطفو الجسم الصلب على الماء إذا كانت كثافته أقل من كثافة الماء، مثل الخشب.
تنغمس في الماء إذا كانت كثافتها أكبر من الماء كالحديد، أما الجسم الأجوف فهو مثل السفينة.
وتحسب كثافتها الكلية، فإذا كانت أكبر من كثافة الماء فإنها تغوص فيها.
ولكن إذا كانت كثافته أقل من كثافة الماء، فسوف يطفو على سطحه، وتعبر كثافته الإجمالية عن نسبة كتلته الإجمالية إلى حجمه الإجمالي.
أنظر أيضا: دراسة القوة الطافية المؤثرة على الجسم
ما هي الكثافة
كمية المواد الموجودة في وحدة حجم المادة تسمى الكثافة. تُقاس الكثافة باستخدام الوحدة g / cm3، التي تعبر عن المادة وتشكلها بمساحة.
تتميز المواد ذات الكثافة العالية بجزيئاتها القريبة والمكتظة بكثافة بجانب بعضها البعض.
لكن المواد ذات الكثافة المنخفضة تختلف من حيث أن جزيئاتها متباعدة.
لذلك تختلف كثافة المواد عن بعضها البعض، فهناك مواد تتميز بكثافة عالية كالذهب، وغيرها من المواد التي تتميز بقلة الكثافة كالخشب.
تعتمد الكثافة على عدد من العوامل. العامل الأول هو الكتلة، وهي كمية المواد الموجودة في الجسم.
والتي تُقاس باستخدام الوحدة g أو kg، أو تُقاس على راحتي الميزان، فكلما زادت كتلة المادة، زادت الكثافة.
العامل الثاني هو الحجم، وهو مقدار المساحة التي يشغلها الجسم ويتم قياسها باللتر أو المليلتر أو بالمتر المكعب أو بالسنتيمتر المكعب.
تصنيف الكثافة
هناك عدة تصنيفات للكثافة وهي كما يلي:
كثافة الكتلة
- يقيس تركيز مادة في الجسم.
كثافة التيار
- هذا هو الذي يتحقق من تركيز الشحنات في التيار.
كثافة الشحنة
- يقيس تركيز الشحنات في الملف.
كثافة الطاقة
- يعبر عن كمية الطاقة المتاحة.
- كثافة القوة أو مقدار القوة.
كثافة الهواء
- يقيس تركيز الهواء في الفراغ.
كثافة سطح الجسم
- يتم قياسه لكل وحدة مساحة.
كثافة الجسم الطولية
- يقاس بوحدات الطول.
الكثافة النسبية للجسم
- يقاس بالشكل النسبي للمادة.
كثافة محددة للجسم
- كل نوع له كثافة معينة.
القوة العائمة
أول من درس طفو جسم صلب أو غمره في الماء كان العالم أرخميدس “287-212.
بمساعدة قوانين الطفو الخاصة به، تم بناء العديد من المركبات البحرية الضخمة.
أين قانون الطفو لأرخميدس؟ الطفو هو نتاج وزن الجسم في الماء مطروحًا منه وزن الجسم في الهواء.
يساوي وزن السائل المزاح، وبالتالي تنص هذه القاعدة على أن الجسم المغمور في سائل يفقد وزنه يساوي وزن السائل المزاح.
بالطبع، تحدد قوة الطفو للأجسام ما إذا كان الجسم سيغرق أو يطفو على سطح الماء إذا كانت قوة الطفو أقل من الوزن ؛ سوف يغرق الجسم مثل الحديد.
بينما إذا كانت قوة الطفو أكبر من الوزن، فسوف يطفو الجسم مثل الشجرة.
أما إذا كانت قوة الطفو تساوي وزن الجسم ؛ سيبقى الكائن معلقًا بين سطح السائل والكاميرا، مثل الغواصة.
قد تكون مهتمًا: ما الخاصية التي تفسر طفو الإبرة فوق سطح الماء؟
متى يطفو الجسم على سطح الماء؟
يطفو الجسم على سطح الماء عندما تكون كثافة الجسم أقل من كثافة الماء، لذلك يدفع الماء الجسم إلى أعلى.
يستمر في الدفع لأعلى أكثر فأكثر مع زيادة حجم الجسم تحت الماء.
لا يتأثر بعمق أو كمية الماء، وإذا كانت قوة الجاذبية الهابطة أكبر من قوة دفع الماء على الجسم، فقد يغرق.
بمعنى آخر إذا كانت كتلة جسم معين أقل من كتلة الماء المزاح، فإن كثافة الجسم ستكون أقل من كثافة الماء.
لهذا يطفو الجسم على سطح الماء، ولكن إذا كان وزن الجسم أكبر من وزن الماء المزاح، فإن كثافة الجسم أكبر من كثافة الماء، وبالتالي يكون الجسم عرضة للغرق.
تطبيقات لقانون الطفو
مفهوم الطفو له تطبيقات عديدة، ومن أبرزها ما يلي:
كثافة سائل غير معروف
بعد تحديد الطفو ومفهومه، تمكن العلماء من صنع مقياس كثافة السوائل لقياس كثافة سائل غير معروف.
وهكذا، بالاعتماد على قانون الجسد المغمور جزئيًا.
طفو السفن
مع مفهوم الطفو، تمكن العلماء من جعل السفن كبيرة جدًا بالإضافة إلى تجويفها الداخلي.
لذلك فإن كثافة السفن أقل من كثافة الماء مما يساعدها على الطفو فوق سطح الماء.
إنتاج الغواصات
يعتمد بناء الغواصات كليًا على فكرة بناء السفن، حيث تصنع الهياكل المعدنية بفتحة كبيرة جدًا مما يجعل كثافة السفن أقل من كثافة الماء.
لكي تغوص الغواصة في أعماق المياه، يتم ضخ المياه إلى جوانبها.
لزيادة كثافة الغواصة، وعندما يريد قائدها الصعود إلى السطح، يقوم بتصريف المياه في خزاناتها، وترتفع إلى الأعلى.
اخترنا لك: الفرق بين الكتلة والوزن والحجم والكثافة
قانون الطفو في أرخميدس
نص القانون
إذا كان جسم ما مغمورًا كليًا أو جزئيًا في الماء، فسيواجه قوة تدفعه لأعلى وتطفو على سطح الماء.
هذه القوة تساوي وزن السائل الذي يزيحه الجسم، ويسمى هذا القانون “قوة الطفو”. الصيغة الرياضية التالية لقانون الطفو هي:
قانون القوة العائمة هو الحب leap = s1 h1
في حين:
- W1 هي كثافة السائل الساكن.
- كثافة الجسم تختلف عن كثافة السائل.
- H1: حجم السائل.
- الحب: مقاسات الجسم.
مثال على قانون الطفو في أرخميدس
غرقت سفينة في المحيط الأطلسي عندما اصطدمت بأحد الجبال الجليدية، ومن المعروف أن كثافة الجليد تبلغ تسعمائة وعشرين كجم / م 3.
تبلغ كثافة المياه في المحيط الأطلسي 1300 كجم / م 3، فما هي نسبة الأجزاء المغمورة من هذا الجبل الجليدي إلى الأجزاء العائمة؟
منذ قانون الحب يرتد = w1 h1
لذلك، 1 ساعة / حبة = باهت / ثانية 1 ساعة 1 / حبة = 920 كجم / م 1030/3 كجم / م 3 ساعات 1 / حبة = 0.89.
أي أن نسبة الأجزاء المغمورة من الجبل الجليدي إلى أجزائه العائمة هي 89٪.
لا تفوت القراءة: ما تفعله بشأن السحب عندما يطفو جسم ما على سطح الماء
في نهاية الموضوع بعد أن تعرفنا على مفهوم الطفو ومفهوم الكثافة وتصنيفها وكذلك تعرفنا على قوة الطفو وأجبنا على سؤال المقال المقدم في “متى يتواجد الجسم؟ تطفو على سطح الماء؟ “
وقد ذكرنا تطبيق قانون الطفو وشرحنا قانون الطفو في أرخميدس ببعض الأمثلة، ما عليك سوى مشاركة هذا الموضوع على جميع الشبكات الاجتماعية.