الوزن الظاهر لجسم مغمور في الماء أقل من وزنه الحقيقي
في وقت ما في وقت بعيد، كان هناك عالم يوناني يدعى أرخميدس، كان يستحم ولاحظ أثناء حمامه أن كمية معينة من الماء فاضت فوق حافة الحوض، وهنا اكتشف أنه إذا وزن الجسم الذي يوضع في الماء أقل من وزن الماء المزاح، وسوف يطفو الجسم، وهذا ما تم تعريفه بالطفو أو مبدأ أرخميدس.
- اكتشف أرخميدس أيضًا أنه إذا وضعنا سفينة مصنوعة من المعدن في الماء، فستظل أخف من كمية المياه التي تزيحها، لأنها ليست صلبة بدرجة كافية. أضف أي كتلة أخرى.
- بالإضافة إلى ذلك، تغرق السفينة عندما تكون محملة فوق طاقتها، لأن هناك حدًا أقصى للوزن يمكنها تحمله، قبل أن يتجاوز وزن السفينة كمية الماء التي تزيحها.
- وإذا كانت السفينة تحمل الكثير من الماء أثناء العاصفة، فسيتم ضخ هذه المياه من السفينة إلى المحيط، وبالتالي ستكون السفينة آمنة مرة أخرى ولن تغرق.
متى يطفو الجسم على سطح الماء؟
الطفو من الموضوعات المهمة التي يجب معرفتها، لأنه يعتبر من أهم القوانين الفيزيائية التي شرحها لنا العالم اليوناني أرخميدس، عندما اكتشفه وهو يستحم، ثم قدمه إلينا، وشرحنا ذلك. أهميتها في التعرف عليها وكيفية استخدامها في حالة الغرق سواء كنا نسبح في البحر أو كنا في سفينة ماذا.
- عندما تكون كثافة الجسم أقل من كثافة الماء، يطفو الجسم على سطح الماء، ويدفع الماء الجسم لأعلى، ويستمر في دفع الجسم مع زيادة حجم الماء. تحت الماء.
- الجسم أيضًا عرضة للغرق إذا كانت قوة الوزن للأسفل أكبر من قوة الماء الذي يدفع الجسم لأعلى.
ما هو الطفو؟
أحد الأشياء التي تؤثر على طفو الأشياء هو كثافتها على الأسطح السائلة. إذا كانت كثافة الجسم أقل من كثافة السائل، فإنه يطفو على سطحه، بالإضافة إلى التعرض للغوص فيه إذا كانت كثافة الجسم أكبر من كثافة السائل.
- مثال لما سبق إذا طاف الزيت على سطح الماء، فهذا يدل على أن كثافة الزيت أقل من كثافة الماء، وبالتالي فإن كثافة الماء هي 1 جم 3 سم 3.
- يتكون الجسم الصلب من جزأين
- الجسم الصلب يطفو على السطح إذا كانت كثافته أقل من كثافة الماء مثل الخشب، ويمكن غمره في الماء إذا كانت كثافته أكبر من كثافة الماء مثل الحديد.
- جسم مجوف مثل السفينة
حدد قانون الطفو في أرخميدس
يُطبق مبدأ أرخميدس على الأجسام التي يمكن أن تتأثر بالقوى القادمة من السوائل المحيطة، وينص مبدأ الطفو لدى أرخميدس على ما يلي
- يتأثر الجسم المغمور جزئيًا أو كليًا في سائل بواسطة قوة تصاعدية تدفعه لأعلى تسمى قوة الطفو، والتي تساوي وزن السائل الذي يزيحه الجسم عند غمره.
- تعمل هذه القوة على تقليل الوزن الصافي للجسم المغمور، وذلك بغمر الجسم في الماء، فيشعر بقوة الوزن الناتجة عن تأثير الجاذبية عليه فقط، فيشعر الجسم بنقص وزنه، فيصبح وزنه الظاهري كما يلي يتبع
- وزن الجسم الظاهري = الوزن الفعلي للجسم – قوة الطفو.
معادلة قانون أرخميدس
من خلال هذا القانون الفيزيائي، يعطي ما يلي قوة الطفو على الجسم المغمور في السائل، وهي
- قوة الطفو = كثافة السائل x ثابت تسارع الجاذبية x حجم الجسم المغمور.
- يمكن تمثيل ذلك بواسطة موزة على النحو التالي si = wxcx h.
- باللغة الإنجليزية v × g × p = fb
- حيث تشير هذه الرموز إلى
- Ft (fb) قوة الطفو أو الدفع، مقاسة بالنيوتن.
- w (p) يقاس بالكيلوجرام لكل متر مكعب.
- C (g) تشير إلى العجلة الثابتة بسبب الجاذبية، والتي تساوي 908 أمتار لكل ثانية مربعة.
- ح (ت) حجم الجسم المغمور، مقاسا بالأمتار المكعبة.
كيف اكتشف أرخميدس مبدأ الطفو؟
اكتشف العالم اليوناني أرخميدس قانون الطفو بتكليفه من الملك هيرون لإثبات ما إذا كان تاجه مصنوعًا من الذهب الخالص كما يقول الصائغ، ولم يكن فيه فضة، فأخذ أرخميدس قطعة من الذهب وقطعة أخرى. من الفضة ووزنها يساوي وزن التاج، ثم أحضر إناءً وغمره في الماء.
ثم أدخل الفضة في الإناء، وقاس كمية الماء التي أزالتها الفضة، ثم غمر الإناء بالماء ووضع القطعة الذهبية بداخله، فوجد
- أزاح الذهب كمية أقل من الماء مقارنة بالقطعة الفضية.
- وضع التاج داخل الإناء وغمره في الماء، ووجد أن التاج أزاح كمية من الماء أكثر من القطعة الذهبية.
- وهكذا اكتشف أن التاج لم يكن مصنوعا من الذهب الخالص كما قال الصائغ، وأن الفضة كانت تستخدم فيه.
- حيث اكتشف في ذلك الوقت مبدأ الطفو.
ما هي الكثافة
الكثافة هي كمية المادة الموجودة في حجم معين من مادة. يتم قياس الكثافة باستخدام الجرام لكل وحدة سنتيمتر مكعب، والتي تشغل مساحة.
- تتميز المواد ذات الكثافة الأعلى بقرب جسيماتها من بعضها البعض، لكن المواد ذات الكثافة الأقل تتميز بكون جسيماتها بعيدة عن بعضها البعض.
- تختلف كثافة الجزيئات باختلاف أنواعها، مثل الذهب ذو الكثافة العالية، والخشب منخفض الكثافة.
- ترتبط الكثافة بعدد من العوامل، وهي كالتالي
- العامل الأول الكتلة، وهي عبارة عن كميات المواد في الجسم، وتقاس بوحدة g أو kg، أو تقاس على جانبي الميزان. كلما زادت الكتلة في الجسم، زادت الكثافة أيضًا.
- العامل الثاني الحجم، وهو المساحة التي يشغلها الجسم، ويقاس بوحدة اللتر أو المليلتر أو بالسنتيمتر المكعب.
تصنيف الكثافة
هناك العديد من تصنيفات الكثافة وهي كالتالي
كثافة التيار
- يعمل على فحص تراكيز الشحنات في التيار.
كثافة الكتلة
- يتم من خلاله قياس تركيزات المادة في الجسم.
كثافة الطاقة
- يعبر عن كميات الطاقات المتاحة.
- إنها كثافة مقدار القوة.
كثافة الشحنة
- يقيس تركيزات الشحنات في الملف.
كثافة الهواء
- يقيس تركيزات الهواء في الفراغ.
كثافة سطح الجسم
- يتم قياسه لكل وحدة مساحة.
كثافة الجسم النسبية
- إنه مقياس الشكل السائل للمادة.
الكثافة الطولية للجسم
- يقيس وحدة الطول.
كثافة الجسم المحددة
- كل نوع له كثافة معينة.
التطبيقات الفعلية لقانون أرخميدس
ومن أبرز هذه التطبيقات ما يلي
- الجبال الجليدية
- بسبب قوة الطفو، تطفو الجبال الجليدية على الماء، حيث القوة الدافعة للجليد تساوي وزن الماء الذي أزاحه، فيصعد إلى القمة ويطفو على سطح الماء.
- سمك
- الأسماك لها مثانة سباحة تستطيع من خلالها التحكم في وزنها وهذا ما يساعدها على الطفو. عندما تمتلئ المثانة بالهواء، يزداد حجمها وترتفع عن سطح الماء وتطفو.