متى يطفو جسم ما على سطح الماء يتحدد طفو الجسم أو غمره بعدد من العوامل، مثل الكثافة والكتلة.
في هذا الموضوع نجيب على هذا السؤال السابق ونوضح مفهوم الطفو وقوانينه وقانون الطفو لأرشميدس ومعنى الكثافة ونذكر بعض تطبيقات الطفو.
متى يطفو الجسم على سطح الماء؟
قبل الإجابة على هذا السؤال وتحديد عوامل الطفو المختلفة، سنحدد الطفو الذي يؤثر على حركة السفن في البحار أو غرقها أو حمل الأشخاص وغرقهم.
ما هو الطفو؟
تؤثر كثافة المواد على قابليتها للطفو على الأسطح السائلة، لذلك إذا كانت كثافة المواد أقل من كثافة السائل.
إذا كانت كثافة المادة أكبر من كثافة السائل، فسوف تطفو على سطحها وتغرق.
على سبيل المثال، يطفو الزيت على سطح الماء ؛ ويرجع ذلك إلى حقيقة أن كثافة الماء فيها أقل من كثافة الماء، حيث تبلغ كثافة الماء 1 جم / سم 3.
ينقسم الجسم الصلب إلى قسمين. جسم صلب وجوف، بينما يطفو الجسم الصلب على الماء إذا كانت كثافته أقل من كثافة الماء، مثل الخشب.
تغرق في الماء إذا كانت كثافتها أكبر من كثافة الماء، مثل الحديد، لكن الجسم المجوف يشبه السفينة.
يتم حساب كثافته الإجمالية، إذا كانت أعلى من كثافة الماء، فسوف تغوص فيه.
أما إذا كانت كثافته أقل من كثافة الماء، فإنه يطفو على سطحه، وتعبر كثافته الكلية عن نسبة كتلته الإجمالية إلى حجمه الإجمالي.
انظر أيضًا: التحقيق في قوة الطفو التي تعمل على الجسم
ما هي الكثافة؟
تُعرف كمية المادة الموجودة في وحدة حجم المادة بالكثافة. تُقاس الكثافة باستخدام الوحدة g / cm3، التي تعبر عن المادة وتراكمها بالحجم.
تتميز المواد عالية الكثافة بجزيئاتها القريبة والمعبأة بإحكام جنبًا إلى جنب.
لكن المواد ذات الكثافة المنخفضة تتميز بتباعد جسيماتها.
لذلك تختلف كثافة المواد عن بعضها البعض، فهناك مواد تتميز بكثافة عالية كالذهب، وغيرها من المواد التي تتميز بقلة الكثافة كالخشب.
ترتبط الكثافة بعدد من العوامل، العامل الأول هو الكتلة، وهي كمية المادة في الجسم.
والتي تقاس بوحدات g أو kg، أو تقاس بالمقاييس، فكلما زادت كتلة المادة، زادت الكثافة.
العامل الثاني هو الحجم، وهو مقدار المساحة التي يشغلها الجسم، ويُقاس باللتر أو المليلتر أو بالمتر المكعب أو بالسنتيمتر المكعب.
تصنيف الكثافة
هناك عدة تصنيفات للكثافة، وهي كالتالي:
الكثافة الظاهرية
- هذه هي الطريقة التي يتم بها قياس تركيزات المادة في الجسم.
كثافة التيار
- يتحقق من تركيزات الشحن في التيار.
كثافة الشحنة
- يقيس تركيزات الشحن في الملف.
كثافة الطاقة
- يعبر عن كميات الطاقات المتاحة.
- كثافة الطاقة أو كمية الطاقة.
كثافة الهواء
- يقيس تركيز الهواء في الفراغ.
كثافة مساحة سطح الجسم
- يتم قياسه لكل وحدة مساحة.
كثافة الجسم الطولية
- يقاس بوحدات الطول.
كثافة الجسم النسبية
- يتم قياسه في الشكل النسبي للمادة.
كثافة الجسم المحددة
- كل نوع له كثافة محددة.
قوة الطفو
أول من درس طفو الجسم الصلب، أو الغمر في الماء، هو العالم أرخميدس “BC”. 287 – 212 سنة “.
باستخدام قوانينها العائمة، تم بناء العديد من وسائل النقل البحري الضخمة.
أين قانون الطفو لأرخميدس؟ قوة الطفو هي نتيجة طرح وزن الجسم في الماء من وزن الجسم في الهواء.
يساوي وزن السائل المزاح، وبالتالي تنص هذه القاعدة على أن الجسم المغمور في سائل يفقد وزنًا مساويًا لوزن السائل المزاح.
بالطبع، تحدد قوة الطفو للأجسام ما إذا كان الجسم سيغرق أو يطفو إذا كانت قوة الطفو أقل من الوزن ؛ سوف يغرق الجسم مثل الحديد.
وفي الوقت نفسه، إذا كانت قوة الطفو أكبر من الوزن، فإن الجسم يطفو مثل العصا.
ولكن إذا كانت قوة الطفو تساوي وزن الجسم. سيبقى الجسم معلقًا بين سطح السائل والغرفة، على غرار الغواصة.
قد تكون مهتمًا. ما هي 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، فيدفع الماء الجسم لأعلى.
يستمر في الدفع أكثر فأكثر لأعلى مع زيادة حجم الجسم تحت الماء.
لا تتأثر بعمق أو كمية الماء، وإذا كانت قوة الجاذبية الهابطة أكبر من القوة الصاعدة للماء، فإنها معرضة للغرق.
بمعنى آخر إذا كان وزن جسم معين أقل من وزن 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، ولهذا السبب الجسم عرضة للغرق.
تطبيقات لقانون الطفو
هناك تطبيقات عديدة لمفهوم الطفو، ومن أبرز هذه التطبيقات:
كثافة السائل المجهول
من خلال تعريف الطفو ومفهومه، تمكن العلماء من إنشاء مقياس كثافة السوائل لقياس كثافة سائل غير معروف.
وهكذا، بالاعتماد على قانون الجسد المغمور جزئيًا.
طفو السفن
من خلال مفهوم الطفو، تمكن العلماء من جعل السفن كبيرة جدًا، بصرف النظر عن تجويفها الداخلي.
وبذلك تكون كثافة السفن أقل من كثافة الماء مما يساعدها على الطفو فوق سطح الماء.
إنتاج الغواصات
يعتمد بناء الغواصات بالكامل على فكرة بناء السفن. يتم إنتاج الهياكل المعدنية بتجويف 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 جعلها تطفو على السطح، يقوم بإفراغ خزانات الماء منها وترتفع إلى السطح.
اخترنا لك: الفرق في الكتلة والوزن والحجم والكثافة
قانون الطفو في أرخميدس
نص القانون
عندما يتم غمر جسم ما كليًا أو جزئيًا في الماء، فإنه سيواجه قوة تدفعه لأعلى وتؤدي إلى تطفو على سطح الماء.
هذه القوة تساوي وزن السائل الذي يزيحه الجسم، ويسمى هذا القانون “قوة الطفو”. فيما يلي الصيغة الرياضية لقانون الطفو:
قانون قوة الطفو هو ارتداد الحب = s1 h1
بينما.
- W1 هي كثافة السوائل الثابتة.
- كثافة الجسم تختلف عن كثافة السائل.
- H1: حجم السائل.
- الحب: حجم الجسم.
مثال على قانون الطفو في أرخميدس
غرقت السفينة في المحيط الأطلسي عندما اصطدمت بأحد الجبال الجليدية، فإذا علمت أن كثافة الجليد تبلغ تسعمائة وعشرين كجم / م 3.
كثافة الماء في المحيط الأطلسي ألف وثلاثون كغ / م 3، ما هي نسبة الأجزاء المغمورة من الجبل الجليدي إلى الأجزاء العائمة؟
لأن القانون قفزة حب = w1 h1
وبالتالي، 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 تفوت القراءة. ماذا تستنتج من الدفع عندما يطفو الجسم على سطح الماء؟
في نهاية الموضوع، عندما تعرفنا على مفهوم الطفو ومفهوم الكثافة وتصنيفها، تعرفنا أيضًا على قوة الطفو وأجبنا على سؤال المقال “متى يتصرف الجسم؟” تطفو على سطح الماء؟
وقد ذكرنا التطبيقات المتعلقة بقانون الطفو وشرحنا قانون الطفو أرخميدس ببعض الأمثلة عليه، ما عليك سوى مشاركة هذا الموضوع على جميع وسائل التواصل الاجتماعي.