لماذا تطفو السفينة بينما يغرق مسمار؟
- س: لماذا تطفو السفن على الماء بينما يغرق مسمار؟
- ج / تطفو السفينة فوق سطح الماء لأنها مجوفة من الداخل وبالتالي كبيرة مقارنة بالمروحة، لذا فإن كمية المياه المزاحة تصبح كبيرة وفي نظرية الطفو حجم الماء المزاح، كلما زاد الدفع وبالتالي تطفو السفينة فوق سطح الماء، بينما يغرق المسمار في الماء بسبب قلة الكثافة.
كيف تؤثر الكثافة على قدرة الجسم على السباحة؟
- الكثافة هي إحدى الخصائص الفيزيائية للمادة وتمثل العلاقة بين حجم الجسم وكتلته، فكلما زادت كثافة الجسم زادت كتلته. ويترتب على ذلك أن العلاقة بين الكثافة والكتلة هي علاقة مباشرة.
- تتأثر كثافة الجسم بعدة عوامل مثل الضغط ودرجة الحرارة. تتوسع الأجسام بالحرارة وتضعف من قوة جزيئاتها. في هذه المرحلة، تنخفض كثافة الجسم. مع زيادة الضغط، تتقلص كتلة الجسم، مما يزيد من قوة الرابطة بين جزيئاته، ويزيد من كثافته، ولهذا يستخدم الباحثون والخبراء معايير معينة لقياس الكثافة.
- ترتبط كثافة الجسم بطبيعته الفيزيائية: معظم المواد منخفضة الكثافة تكون في الحالة الغازية، بينما المواد متوسطة الكثافة هي في الغالب مواد سائلة، بينما توجد المواد الصلبة عادةً بكثافة عالية.
- تعتمد الكثافة على عاملين رئيسيين، وهما الكتلة والحجم: الكتلة هي كمية المادة في الجسم، ووحدة قياسها هي g أو kg، وتقاس بالميزان مع راحتي اليدين، فكلما ارتفعت كتلة الجسم، فكلما زادت كتلة المادة، زادت كثافتها.
نسبة الطفو إلى الكثافة
هناك علاقات بين كثافة الجسم وقدرته على الطفو فوق سطح الماء والتي سنتحدث عنها في السطور التالية:
- إذا كان وزن الجسم أكبر من وزن الماء المُزاح، فإنه يغرق في الماء، فتكون الكتلة مساوية للمادة والهواء الذي يحتوي عليه، ولا يعود الجسم يطفو على السطح.
- عندما يكون وزن الجسم أقل من وزن الماء، تصبح كثافة الجسم أقل من كثافة الماء، ثم يسبح الجسم حتى يساوي وزن الماء المزاح.
مما سبق يتضح أن العلاقة بين الكثافة والطفو هي علاقة عكسية، فكلما قلت كثافة الجسم زادت قدرته على الطفو، وتجدر الإشارة إلى أن المواد الصلبة تنقسم إلى أجسام مجوفة وجوامد، والمواد الصلبة تطفو فوق سطح الماء عندما تكون كثافتها أقل من كثافة الماء، وتغمر في الماء عندما تتعدى كثافة الماء كثافتها كثافة الماء مثل قطعة من الحديد كثافته الكلية، إذا تجاوزت كثافة الماء، تنخفض فيه، أما إذا كانت أقل من كثافة الماء، فسوف تطفو فوق السطح.
الطفو
كان أرخميدس أول من درس طفو الأشياء وانغماسها في السوائل، ويُنسب إليه الفضل في بناء السفن. اعتمد مؤسسو السفن على حكم أرخميدس في البناء. تمثل قوة الطفو وزن الجسم في السائل مطروحًا منه وزنه في الهواء، وهو وزن السائل المزاح.
تعتبر قوة الطفو من أهم العوامل المحددة لحقيقة أن الجسم ينخفض أو يطفو على سطح السائل. إذا كانت قوة الطفو أقل من الوزن، فسيتم غمر الجسم في الماء مثل قطعة من الحديد، أما إذا كانت قوة الطفو أكبر من الوزن، فسيطفو الجسم، بينما يستقر عند نفس الوزن مع الطفو. فرض. يتدلى الجسم مثل الغواصات بين الأرض والسطح.
حكم أرخميدس للجسد والطفو
- يقول أرخميدس أن الجسم يطفو على سطح سائل عندما يكون وزن الجسم المغمور مساويًا لوزن السائل المزاح.
- يعتمد الطفو أيضًا على المادة التي يتكون منها الجسم. على سبيل المثال، إذا كان الجسم مصنوعًا من الحديد، فسوف يغرق. إذا كانت مصنوعة من مادة عالية الكثافة ولكنها تحتوي على مسافة بين الهواء المحبوس، في هذه الحالة تطفو فوق سطح الماء.