متى يطفو الجسم على سطح الماء؟
متى يطفو الجسم على سطح الماء؟، طفو الجسم أو غمره يتحدد بعدد من العوامل كالكثافة، والكتلة.
وفي هذا الموضوع سوف نجيب هذا السؤال السابق، وسنوضح مفهوم الطفو وقوانينه، وقانون أرخميدس للطفو، ومعنى الكثافة، وسنذكر بعض التطبيقات على الطفو.
متى يطفو الجسم على سطح الماء ؟
قبل الإجابة على هذا السؤال والتعرف على عوامل الطفو المختلفة، سوف نقوم بتعريف الطفو الذي يؤثر على حمل السفن في البحار، وغرقها، أو حمل الإنسان وغرقه.
ما هو الطفو؟
كثافة المواد تؤثر على طفوها على الأسطح السائلة، فإذا كانت كثافة المواد تقل عن كثافة السائل.
فإنها سوف تطفو على سطحه، وتتعرض للغوص فيه إذا كانت كثافة المادة أكبر من كثافة السائل.
فمثلًا الزيت يطفو على سطح المياه؛ وذلك لأنه يتمتع بكثافة قليلة عن كثافة المياه، فكثافة المياه 1 جم / سم3.
الجسم الصلب منقسم إلى قسمين؛ جسم مصمت وجسم مجوف، أما الجسم المصمت فهو يطفو على المياه إذا كان كثافته أقل من كثافة المياه، كالخشب.
وينغمر في المياه إذا كان كثافته أكبر من كثافة المياه، كالحديد، ولكن الجسم المجوف مثل السفينة.
يتم حساب الكثافة الكلية له، فإذا كان أعلى من كثافة المياه فإنه سيغوص فيها.
أما إذا كان كثافته أقل من كثافة المياه فإنه سيطفو على سطحها، وكثافته الكلية تعبر عن نسبة كتلته الإجمالي لحجمه الإجمالي.
شاهد أيضًا: بحث عن قوة الطفو المؤثرة في الجسم
ما هي الكثافة
إن كمية المواد المتواجدة بوحدة حجم محدد من المادة هي المعروفة بالكثافة، فتقاس الكثافة باستخدام وحدة جم / سم3، وهي المُعبرة عن المادة وتراصها بالحيز.
فإن المواد التي تتميز بالكثافة المرتفعة تتميز بجزيئاتها القريبة والمتراصة جنبًا إلى جنب.
ولكن المواد التي تتميز بالكثافة المنخفضة تتميز بجزيئاتها البعيدة عن بعضها البعض.
ولذلك تختلف كثافة المواد عن بعضها البعض، فهناك مواد تتميز بكثافتها العالية مثل الذهب، ومواد أخرى تتميز بكثافتها المنخفضة مثل الخشب.
الكثافة مرتبطة بعدد من العوامل، العامل الأول هو الكتلة، وهي كميات المواد المتواجدة بالجسم.
والتي يتم قياسها باستخدام وحدة جم أو كجم، أو يتم قياسها بكفتي الميزان، فكلما ازدادت الكتلة الخاصة بالمادة كلما ازدادت الكثافة.
أما العامل الثاني فهو الحجم، وهو المقدار الخاص بالحيز الذي يقوم الجسم بإشغاله، ويتم قياسه باستخدام وحدة اللتر أو الملي أو م3 أو بالسنتيمتر مكعب.
تصنيف الكثافة
توجد تصنيفات عديدة للكثافة، وهي كالتالي:
الكثافة الخاصة بالكتلة
- وهي التي بها يتم قياس تركيزات المادة في الجسم.
الكثافة الخاصة بالتيار
- وهي التي تقوم بفحص تركيزات الشحنات بالتيار.
الكثافة الخاصة بالشحنة
- وهي التي تقيس تركيزات الشحنات بالملف.
الكثافة الخاصة بالطاقة
- وهي المعبرة عن مقادير الطاقات المتاحة.
- الكثافة الخاصة بالقوة أو بكمية القوة.
الكثافة الخاصة بالهواء
- وهي التي تقيس تركيزات الهواء بالفراغ.
الكثافة السطحية الخاصة بالجسم
- وهي التي تقاس للوحدة الخاصة بالمساحة.
الكثافة الطولية للجسم
- وهي التي تقاس للوحدة الخاصة بالطول.
الكثافة النسبية للجسم
- وهي التي تقاس بالشكل النسبي الخاص بالمواد.
الكثافة النوعية للجسم
- للنوع الواحد كثافة محددة.
قوة الطفو
أول من قام بدراسة الطفو للجسم الصلب أو انغماره في المياه هو العالم أرخميدس “287 – 212 ق.م”
وهو باستخدام قوانينه عن الطفو تم تشييد العديد من وسائل النقل البحري الضخمة.
حيث يعد قانون أرخميدس للطفو هو؛ قوة الطفو تساوي ناتج طرح الوزن الخاص بالجسم في المياه من الوزن الخاص بالجسم بالهواء.
والمساوي لوزن السوائل المزاحة، وبالتالي فتنص هذه القاعدة على أن الجسم الذي يُغمر بالمائع يخسر وزنه المساوي لمقدار وزن الموائع المزاحة.
بالتأكيد قوة طفو الأجسام تقوم بتحديد إذا كان الجسم سوف ينغمر أو سوف يطفو بسطح المياه، فإذا قلت قوة الطفو عن الوزن؛ فإن الجسم سوف ينغمر كالحديد.
بينما إذا كانت القوة الخاصة بالطفو أعلى من الوزن فإن الجسم سوف يطفو كالخشب.
ولكن إذا كان قوة الطفو متساوية مع وزن الجسم؛ فإن الجسم سوف يظل في حالة مُعلّقة بين سطح السائل وقاعة مثل الغواصات.
قد يهمك: ما هي الخاصية التي تفسر طفو إبرة فوق سطح الماء؟
متى يطفو الجسم على سطح الماء؟
يطفو الجسم على سطح المياه عندما تقل كثافة الجسم عن كثافة المياه، فتعمل المياه على دفع الجسم للأعلى.
وتستمر في الدفع للأعلى بشكل زائد مع تزايد الحجم الخاص بالجسم المتواجد تحت المياه.
ولا يتأثر بالعمق الخاص بالمياه أو بكمياتها، وإذا كانت قوة الوزن إلى الأسفل كبيرة عن قوة دفع المياه إلى الأعلى للجسم فسوف يتعرض للغرق.
بمعنى أخر؛ إذا قل وزن جسم معين عن وزن المياه المزاحة فتقل كثافة الجسم عن كثافة المياه.
ولهذا يطفو الجسم على سطح الماء، أما إذا كان الوزن الخاص بالجسم أكبر من الوزن الخاص بالمياه المزاحة، فتكون كثافة الجسم كبيرة عن كثافة المياه، ولهذا يتعرض الجسم للغرق.
تطبيقات على قانون الطفو
توجد تطبيقات عديدة على مفهوم الطفو، ومن أبرز هذه التطبيقات ما يلي:
قياس كثافة السائل المجهول
بواسطة تعريف الطفو ومفهومه تمكن العلماء من تصنيع جهاز الهيدروميتر الخاص بقياس كثافة السائل المجهول.
وبذلك بالاعتماد على قانون الجسم المغمور بشكل جزئي.
طفو السفن
من خلال مفهوم الطفو تمكن العلماء من جعل أحجام السفن كبيرة جدًا بالإضافة لتجويفها الداخلي أيضًا.
وبذلك تكون كثافة السفن قليلة عن كثافة المياه، مما يساعدها على الطفو فوق سطح المياه.
تصنيع الغواصات
تصنيع الغواصات معتمدة بشكل كامل على فكرة تصنيع السفن، فيتم تصنيع هياكل معدنية بتجويف كبير جدًا، مما يجعل كثافة السفن أقل من كثافة المياه.
وحتى تستطيع الغواصة الغوص بأعماق الماء فيتم ضخ خزاناتها المتواجدة في داخلها بالمياه.
لتزداد كثافة الغواصة، وعندما يريد قائدها من جعلها تطفو للسطح يقوم بتفريغ المياه الموجودة بالخزانات منها فترتفع للأعلى.
اخترنا لك: الفرق بين الكتلة والوزن والحجم والكثافة
قانون أرخميدس للطفو
نص القانون
عندما يتم غمر جسم ما في المياه كليًا أو جزئيًا فإنه سيخضع للقوة التي ستدفعه للأعلى وتجعله يطفو فوق سطح المياه.
فتساوي هذه القوة الوزن الخاص بالسائل المزاح بواسطة الجسم، ويُطلق على هذا القانون ” قوة الطفو “، وفيما يلي الصيغة الرياضية لقانون قوة الطفو :
قانون قوة الطفو هو ثب حب = ث1 ح1
حيث أن:
- ث1 هي كثافة السائل الثابت.
- ثب تختلف الكثافة الخاصة بالجسم عن الكثافة الخاصة بالسائل.
- ح1: الحجم الخاص بالسائل.
- حب: الحجم الخاص بالجسم.
مثال على قانون الطفو لأرخميدس
تعرضت سفينة للغرق بالمحيط الأطلسي لاصطدامها بإحدى الجبال الجليدية، فإذا علمت أن كثافة الجليد تساوي تسعمائة وعشرين كجم /م3.
وكثافة المياه بالمحيط الأطلسي تساوي ألف وثلاثين كجم / م3، فما هي نسبة الأجزاء المغمورة من هذا الجبل الجليدي للأجزاء الطافية؟.
بما أن القانون هو ثب حب = ث1 ح1
فأن ح1 / حب = ثب / ث1 ح1/ حب = 920 كجم / م1030/3 كجم/ م3 ح1 /حب =0,89.
أي أن نسبة الأجزاء المغمورة من الجبل الجليدي للأجزاء الطافي منه هي 89%.
لا يفوتك قراءة: ماذا تستنتج عن قوة الدفع عندما يطفو جسم على سطح الماء
وفي نهاية الموضوع وبعد أن تعرفنا على مفهوم الطفو، ومفهوم الكثافة وتصنيفها، وتعرفنا أيضًا على قوة الطفو، وأجبنا على سؤال المقال المتمثل في ” متى يطفو الجسم على سطح الماء ؟”.
وقمنا بذكر تطبيقات على قانون الطفو، وشرحنا قانون أرخميدس للطفو مع ذكر بعض الأمثلة عليه، عليكم فقط مشاركة هذا الموضوع في جميع وسائل التواصل الاجتماعي.