ما رأيك في قوة الطفو عندما يطفو جسم ما على سطح الماء؟ هناك بعض الأجسام التي تطفو على سطح الماء عند سقوطها فيه، اعتمادًا على عدد من العوامل التي تتسبب في أن يطفو الجسم أو يغرق، ومن أشهر الأشياء التي تطفو على سطح الماء الخشب.
وذلك لأن كثافة الخشب أقل من كثافة الماء، وهي مادة فيزيائية محسوبة بطريقة معينة، وفي هذا المقال سنتعرف على هذه الطريقة وقوة الطفو التي تسبب الطفو.
تعريف الطفو
- يمكن تعريف الطفو على أنه الظاهرة المرتبطة بحركة بعض الأجسام عبر أنواع مختلفة من السوائل مثل الغازات والسوائل.
- هذه الحركة تصاعدية دائمًا عندما تكون الكثافة المحيطة أقل منها.
- من بين أهم الأشياء التي تطفو دائمًا على سطح الماء الخشب والزيت، وتُعرف القوة التي تؤثر على طفو الأشياء بقوة الماء على الجسم.
- الطفو هو الفرق بين الوزن الفعلي لجسم ما عندما يكون خاليًا تمامًا من السائل ووزنه الظاهر من خلال الوسط السائل الذي يحيط به.
- يُقاس وزن الجسم الفعلي بضرب وزن الجسم في عجلة الجاذبية.
- وضع العالم أرخميدس قاعدة خاصة للأجسام العائمة: إذا كان الجسم يطفو على سطح السائل، فإن وزن الجسم المغمور بالمياه يساوي وزن السائل المزاح.
انظر أيضًا: كم عدد سندات pi الموجودة في السندات الثلاثية
تحديد الكثافة
- يمكن تعريف الكثافة على أنها نسبة الحجم إلى الكتلة أو على أنها كتلة لكل وحدة حجم.
- وهو أيضًا مقياس لمقدار المادة التي يحتويها الجسم في وحدة حجم واحدة، وهي متر مكعب.
- تعتبر الكثافة أيضًا مقياسًا لدرجة تماسك المادة معًا، وكان العالم اليوناني أرخميدس أول من اكتشف مبدأ الكثافة.
- يمكن أيضًا اعتبار الكثافة كواحدة من الخصائص المميزة للمادة.
- وخير مثال على ذلك هو أنه قد يكون هناك صندوق يحتوي على حديد ويبلغ حجمه مترًا مكعبًا.
- في الوقت نفسه، لا يساوي هذا الصندوق وزن صندوق آخر من القطن، والذي يزن أيضًا مترًا مكعبًا.
- على الرغم من أن كلا الصندوقين لهما نفس الحجم، إلا أن الحديد له كثافة أعلى بكثير من القطن.
- نتيجة لذلك، يزن الصندوق الحديدي أكثر من الصندوق القطني.
- وبالتالي، يمكننا القول أن الاعتماد الرئيسي لطفو الكائنات هو على الكثافة.
- يرتبط طفو الأجسام المختلفة على سطح الماء ارتباطًا وثيقًا بدرجة الحرارة، وكذلك بالضغط الذي يعمل عليها.
- تتحكم الكثافة أيضًا في طبيعة المادة، وفي الحالات التي تزداد فيها الكثافة نجد أن المادة في حالة صلبة.
- في حالات الكثافة المتوسطة نجد أن المادة في حالة سائلة.
- إذا كانت الكثافة صغيرة، فإننا نجد المادة في حالة غازية.
قد تكون مهتمًا بـ: ماذا يحدث لعدد الكروموسومات أثناء الانقسام الاختزالي؟
العلاقة بين الطفو والكثافة
- إذا كان الجسم أقل من وزن الماء المزاح وله نفس حجم الجسم عندما يكون مغمورًا بالكامل في الماء.
- في هذه الحالة تكون كثافة الماء أعلى من كثافة الجسم.
- لذلك سيبقى هذا الجسم على الماء حتى يتساوى وزن الماء المزاح مع وزن الجسم.
- في حالة غمر الجسم بالكامل في الماء عن وزن الماء المزاح كما في حالة النحاس.
- في هذه الحالة، سوف يغرق تحت الماء، وهناك حالات قد لا يغرق فيها النحاس تحت الماء.
- يحدث هذا عندما يتم إفراغه من الداخل، مما يساعد على الاحتفاظ بما يكفي من الهواء.
- علاوة على ذلك، فإن كثافة الجسم في هذه الحالة تشمل النحاس والهواء بداخله، مما يجعل كثافة السائل أعلى من كثافة النحاس، ونتيجة لذلك يطفو على سطح الماء.
- يمكننا استخدام الغواصات كمثال على الطفو، حيث ترتفع الغواصات وتنخفض في الماء بنفس القوة.
- يتم ذلك بمساعدة الخزانات الكبيرة، حيث يتم ملؤها بالكامل.
- إذا كنت ترغب في الدخول إلى غواصة، يتم تفريغ هذه الحاويات من الماء ومليئة بالهواء.
- في حالة الرغبة في الغطس تحت الماء يتم فتح هذه الخزانات وتملأ بالماء وليس الهواء وعند الوصول للعمق المطلوب يتم عمل توازن بين الغواصة والماء بحيث تكون كثافتها مساوية لكثافة ماء.
قد تكون مهتمًا أيضًا بما يلي: الفرق بين استقرار ذرة الليثيوم وليثيوم أيون، واستخداماته وخصائصه
مثال مرئي لكيفية حساب كثافة الجسم
- ينص قانون الكثافة على أن الكثافة تساوي الكتلة الكلية لجسم مقسومًا على حجمه، وأن وحدة الكثافة هي kg / m³.
- إذا كان الجسم مصنوعًا من مادة ذات كثافة أكبر من كثافة السائل.
- مثل الأشياء الحديدية، على سبيل المثال، إذا وضعتها في الماء.
- يؤدي هذا إلى غرق الجسم في الغاز أو السائل المحيط.
- في حالة الأجسام المصنوعة من مواد عالية الكثافة مع وجود حيز محبس للهواء، يتسبب هذا في دفع الجسم للماء حتى يطفو على سطح الماء.
- ومن أهم الأمثلة على ما سبق السفن، حيث تصنع السفن من الفولاذ رغم أنها تطفو على سطح الماء مهما كان حجمها.
- والسبب في ذلك أن بها مساحة للهواء، مما يجعل كثافة الماء أعلى من متوسط كثافة السفينة.
- كان السؤال الذي يثير قلق الكثيرين حول هذه النقطة دائمًا هو لماذا يغرق مسمار بهذا الحجم الصغير في الماء.
- طالما أن السفينة العظيمة تبحر، فإن الجواب، كما أوضحنا سابقًا، هو أن السفينة كذلك.
- تم تصميم جسمه ليحل محل كميات كبيرة من الماء.
مثال مرئي لكيفية حساب كثافة الجسم
- وإذا لم يتم بناء السفن بهذه الطريقة، فقد يتسبب ذلك في غرقها مثل المسمار.
- هذا المثال هو توضيح آخر على أن الطفو لا علاقة له بكتلة الجسم، ولكنه يعتمد بشكل أساسي على كمية الماء التي يزيحها الجسم.
- لمزيد من التوضيح، يمكن للمرء استخدام قاعدة الطفو، والتي تنص على أن الخصم يحدث عند وضعه في الماء.
- يتلقى سحبًا من الجانب السفلي للارتفاع، وهذا السحب يساوي وزن كمية الماء المزاح.
- ينص قانون الطفو أيضًا على أن الجسم يزيح كمية من الماء أكثر من وزن الجسم نفسه، وفي هذه الحالة سوف يطفو الجسم على سطح الماء.
- ولكن إذا كان وزن الماء المزاح أقل من وزن الجسم، فسيغرق الجسم تحت الماء.
- هناك حالة أخرى لا يغرق فيها الجسم ولا يطفو عند غمره في الماء، عندما يكون وزن الجسم مساويًا لوزن الماء المزاح.
- في هذه الحالة، يظل الجسم عالقًا، كما هو الحال في الحشرات التي تمشي على سطح الماء.
- إذا كان الجسم يطفو على سطح الماء، فإنه يسمى الطفو الإيجابي، وإذا غرق في الماء، فإنه يسمى الطفو السلبي.
- إذا لم تستطع أن تطفو في الماء، فإنها تسمى الطفو المحايد.
بهذا نختتم مقالنا عن السحب وما ينتج عنه عندما تطفو الأشياء على سطح الماء، ومنه تعلمنا أهمية الكثافة وعلاقتها الوثيقة بطفو الأجسام أو غرقها، وفي الختام نتمنى أن تكون مثل مقالة – سلعة.