ماذا تستنتج عن قوة الدفع عندما يطفو جسم على سطح الماء
ماذا تستنتج عن قوة الدفع عندما يطفو جسم على سطح الماء، هناك بعض الأجسام التي تطفو على سطح الماء عند سقوطها به، وذلك وفقًا لمجموعة من العوامل التي ينتج عنها طفو الجسم أو غرقه، ومن أشهر الأجسام التي تطفو على سطح الماء هي الأخشاب.
وذلك نظرًا إلى أن كثافة الأخشاب أقل من الماء، وهو أمر فيزيائي تتم حسابته بطريقة معينة، وخلال المقال الآن سنتعرف على تلك الطريقة وعن قوة الدفع المسببة للطفو.
محتويات المقال
[ عرض ]
تعريف الطفو
- يمكن تعريف الطفو على أنه الظاهرة المتعلقة بتحرك بعض الأجسام خلال أنواع مختلفة من الموائع كالغازات والسوائل.
- ويتم دومًا ذلك التحرك في الاتجاه نحو الجهة العليا، وذلك في حالة ما كانت الكثافة المحيطة بها أقل منها.
- من أهم الأجسام التي دائمًا ما تطفو فوق سطح الماء هي الأخشاب، والزيوت، وتعرف تلك القوة التي تؤثر في طفو الأجسام باسم دفع الماء على الجسم.
- تتمثل قوة الطفو في الفرق ما بين الوزن الحقيقي للجسم في حالة خلوه تمامًا من أي موائع، وبين الوزن الظاهري له خلال الوسط المائع الذي يحيط بهز
- ويتم قياس الوزن الحقيقي للجسم من خلال ضرب كتلة الجسم مع تسارع الجاذبية الأرضية.
- وقد وضع العالم أرخميدس قاعدة خاصة بالأجسام الطافية وهي كالآتي: إذا طفا جسم على سطح سائل ما فإن وزن الجسم المغمور يساوي وزن السائل المزاح.
شاهد أيضًا: كم عدد الروابط من نوع باي التي توجد في الرابطة الثلاثية
تعريف الكثافة
- يمكن تعريف الكثافة على أنها النسبة ما بين الحجم والكتلة أو أنها الكتلة الخاصة بكل وحدة حجم.
- وهي أيضًا مقياس للمقدار الخاص بكمية المادة التي يحتوي عليها أحد الأجسام في أحد وحدات الحجم وهي المتر المكعب.
- الكثافة أيضًا في أساسها هي عبارة عن مقياس يفيد عن المدى للتماسك ما بين المادة، ويعد العالم أرخميدس اليوناني الجنسية هو أول من أكتشف مبدأ الكثافة.
- يمكن أيضًا أن نعتبر الكثافة على أنها أحد الخواص المميزة للمادة.
- ومن أهم الأمثلة على ذلك أنه قد يكون هناك صندوق يحتوي على حديد ويبلغ حجمه متر واحد مكعب.
- وفي نفس الوقت لا يساوي ذلك الصندوق نفس وزن صندوق آخر يحتوي على القطن ووزنه أيضًا متر واحد مكعب.
- حيث بالرغم من أن حجم الصندوقين متساوي إلا أن الحديد يتميز بكثافته الأعلى كثيرًا من القطن.
- وهو ما ينتج عنه زيادة الوزن لصندوق الحديد عن صندوق القطن.
- لذلك يمكن القول بأن الاعتماد الأساسي في طفو الأجسام يكون على الكثافة.
- يرتبط طفو الأجسام المختلفة على سطح الماء بشكل كبير مع درجات الحرارة وأيضًا مع الضغط الذي يؤثر عليها.
- كما تتحكم كذلك الكثافة بطبيعة المادة، ففي الحالات التي تزداد فيها الكثافة نجد أن المادة تكون في الحالة الصلبة.
- وفي الحالات المتوسطة للكثافة نجد أن المادة تكون في الحالة السائلة.
- أما إذا كانت الكثافة قليلة فنجد عندها المادة في الحالة الغازية.
قد يهمك: ماذا يحدث لعدد الكروموسومات في اثناء الانقسام المنصف
العلاقة ما بين الطفو والكثافة
- في حالة ما كان الجسم أقل في الوزن من الوزن الخاص بالماء المزاح وله نفس حجم الجسم في حالة انغماسه كليًا في الماء.
- فإن في تلك الحالة تكون كثافة الماء أعلى من كثافة الجسم.
- وبناءً على ذلك فإن ذلك الجسم سيظل طافيًا على الماء حتى يتساوى وزن الماء المزاح مع وزن الجسم.
- أما في حالة ما كان الجسم أكبر في الوزن من الوزن الخاص بالماء المزاح عند انغماسه في الماء بشكل كلي مثل ذلك الذي يحدث مع النحاس.
- فإنه في تلك الحالة سيغطس تحت الماء، وهناك حالات يمكن خلالها أن لا يغطس النحاس تحت الماء.
- وهو عندما يكون مفرغًا من الداخل مما يساعد في احتفاظه بكميات كافية من الهواء.
- حيث تصبح كثافة الجسم في تلك الحالة تشتمل على النحاس والهواء الموجود بداخله، وهو ما ينتج عنه أن كثافة السائل ستصبح أعلى من كثافة النحاس وهو ما ينتج عنه طفوها على سطح الماء.
- يمكن أن نستعين بالغواصات كمثال توضيحي على الطفو حيث تقوم الغواصات بالارتفاع والغطس بالمياه بقدرة متساوية.
- ويتم ذلك عن طريق خزانات كبيرة توجد بها يتم ملئها بالكامل.
- ففي حالة الرغبة في الصعود بالغواصة إلى أعلى يتم تفريغ تلك الخزانات من الماء وملئها بالهواء.
- أما في حالة الرغبة في النزول أسفل الماء يتم فتح تلك الخزانات وملئها بالماء بدلًا من الهواء، وعند الوصول إلى العمق المطلوب يتم عمل توازن ما بين الغواصة والماء بحيث تتساوى كثافتها مع كثافة الماء.
قد يهمك: الفرق بين استقرار ذرة الليثيوم وأيون الليثيوم واستخداماتها وخصائصها
مثال توضيحي حول كيفية حساب كثافة الجسم
- القانون الخاص بالكثافة ينص على أن الكثافة تساوي الإجمالي لكتلة الجسم مقسومًا على حجمه، والوحدة الخاصة بالكثافة هي كيلوغرام/ متر³.
- في حالة ما كان هناك جسمًا ما مصنوع من أحد المواد التي تزيد كثافتها عن كثافة المائع.
- كالأجسام المصنوعة من الحديد على سبيل المثال عند وضعها في الماء.
- فإن ذلك يتسبب في غرق هذا الجسم في الغاز أو السائل المحيط به.
- أما في حالة الأجسام المصنوعة من مواد عالية الكثافة مع وجود حيز يعمل على حبس الهواء فيه، فإن ذلك يتسبب في دفع الجسم للماء حتى يطفو فوق سطح الماء.
- من أهم الأمثلة على ما سبق هي السفن، حيث يتم صناعة السفن من الفولاذ، وبالرغم من ذلك فإنها تطفو فوق سطح الماء مهما بلغ حجمها.
- ويرجع السبب في ذلك إلى وجود حيز بداخلها للهواء، وهو ما ينتج عنه زيادة كثافة الماء عن متوسط كثافة السفينة.
- دائمًا ما كان التساؤل الذي شغل الكثير حول هذه النقطة هو عن السبب الذي ينتج عنه غرق مسمار صغير الحجم في الماء.
- بينما تطفو سفينة كبيرة الحجم، وتعد الإجابة كما وضحنا سابقًا أن السفينة.
- تم تصميم الجسم الخاص بها بشكل يعمل على إزاحة قدر كبير من المياه.
مثال توضيحي حول كيفية حساب كثافة الجسم
- وإذا لم يتم تصنيع السفن بهذا الشكل فإن ذلك قد يتسبب في غرقها كما يغرق المسمار تمامًا.
- يعد هذا المثال توضيح أكبر على أن الطفو غير مرتبط بوزن الجسم، بل أنه يعتمد بشكل أساسي على مقدار الماء الذي يقوم الجسم بإزاحته.
- وللتوضيح بشكل أكبر فمن الممكن الاستعانة بالقاعدة الخاصة بالطفو والتي تفيد بأن الحسم عندما يتم وضعه في الماء.
- فهو يستقبل دفع من الجهة السفلية ليرتفع إلى أعلى، ويتساوى ذلك الدفع مع الوزن الخاص بمقدار الماء الذي يتم إزاحته.
- تفيد قاعدة الطفو أيضًا أن الجسم الذي يقوم بإزاحة كمية من الماء يزداد وزنها عن وزن الجسم نفسه ففي تلك الحالة سيطفو الجسم فوق سطح الماء.
- وأما إذا كان وزن الماء المزاح أقل من وزن الجسم ففي تلك الحالة سيغرق الجسم تحت الماء.
- هناك حالة أخرى لا يحدث فيها غرق أو طفو للجسم عند وضعه في الماء، وهي التي تحدث عندما يتساوى وزن الجسم مع وزن الماء المزاح.
- حيث يظل الجسم في تلك الحالة عالقًا مثل ما يحدث مع الحشرات التي تقوم بالسير على سطح الماء.
- ففي حالة طفو الجسم على سطح الماء يطلق عليه موجب الطفو، وفي حالة غرقه في الماء يطلق عليه اسم سالب الطفو.
- أما إذا لم يتمكن من العوم في الماء فيطلق عليه اسم متعادل الطفو.
إلى هنا ينتهي مقالنا عن قوة الدفع وما ينتج عنها عندما تطفو الأجسام فوق سطح الماء، والذي تعرفنا من خلاله عن أهمية الكثافة وارتباطها الوثيق بطفو الأجسام أو غرقها، وفي الختام نتمنى أن ينال المقال إعجابكم.