فهرس المحتويات
السمات الأساسية لقوة الطفو
تصف قوة الطفو الخاصة بأرخميدس القوة الصاعدة التي تؤثر على الجسم عند غمره في سائل. ونتيجة لذلك، تظهر عدة سمات مميزة للجسم المغمور:
العلاقة بين الحجم والوزن وقوة الطفو
يساوي حجم السائل المزاح حجم الجزء المغمور من الجسم. كما أن وزن السائل الذي تم إزاحته يكافئ حجم قوة الطفو المؤثرة. وإذا كان وزن الجسم أقل من وزن السائل الذي تم إزاحته، فإن الجسم سيرتفع أو يطفو على السطح.
الكثافة وتأثيرها على قوة الطفو
تؤثر كل من كثافة الجسم وكثافة السائل الذي يتم الغمر فيه على قدرة الجسم على الطفو. فإذا كانت كثافة الجسم أقل من كثافة السائل المحيط به، فإنه سيطفو. أما إذا كانت كثافة الجسم أكبر من كثافة السائل، فإنه سيغرق. والسبب في ذلك هو أن الجسم ذو الكثافة الأقل يمتلك كتلة أقل، وبالتالي تكون قوة الطفو أكبر من وزن الجسم.
تعريف قوة الطفو
قوة الطفو هي القوة التي تعاكس قوة الجاذبية، وتكون في اتجاه تصاعدي. تُقاس قوة الطفو بوحدة نيوتن (N). على سبيل المثال، عندما ندفع قطعة من الخشب إلى الأسفل في الماء، نشعر بقوة صاعدة تعاكس الاتجاه الذي ندفع فيه. إضافة إلى ذلك، قوة الطفو لا تقتصر على السوائل فقط، بل تشمل الغازات أيضًا.
مجالات استخدام قوة الطفو
تُستخدم قوة الطفو في العديد من التطبيقات المختلفة في حياتنا اليومية. إليك بعض الأمثلة:
دور قوة الطفو في الغواصات
تستطيع الغواصات البقاء تحت الماء لفترة طويلة، ولكن كيف يمكنها ذلك بالرغم من أن وزنها أكبر من قوة الطفو؟ السبب هو أن الغواصات تحتوي على خزان يسمح بدخول الماء، مما يزيد من وزنها ويسمح لها بالبقاء مغمورة.
قوة الطفو في المناطيد
يعتبر المنطاد مثالًا على الأجسام المغمورة في الغازات، حيث يطفو في الهواء بفضل قوة الطفو. يتم التحكم في ارتفاع المنطاد عن طريق تعديل كمية الهواء الساخن الموجودة بداخله. يرتفع المنطاد عندما تكون قوة طفوه أقل من وزن الهواء المحيط به، ويبدأ في الهبوط عندما تزداد قوة طفو المنطاد.
جهاز قياس كثافة السوائل
يُستخدم جهاز قياس كثافة السوائل (Hydrometer) لتحديد الكثافة النسبية للسوائل. يعمل هذا الجهاز عن طريق جعل المادة تطفو عموديًا على السائل، وكلما انخفض المقياس، قلت كثافة السائل.
ما هو مبدأ أرخميدس؟
دافعة أرخميدس أو مبدأ أرخميدس (Archimedes’ principle)، هي قانون فيزيائي اكتشفه عالم الرياضيات اليوناني أرخميدس، وهو قانون للطفو، ويشرح الأجسام المغمورة في السوائل.
نص مبدأ أرخميدس
ينص قانون أرخميدس للطفو على أن إذا تم غمر جسم ما في سائل، سواء كان مغموراً جزئياً أو كلياً، فإن قوة الطفو تساوي وزن السائل الذي يزيحه الجسم، ويعمل في الاتجاه المعاكس في كتلة السائل المزاح.
صيغة قانون أرخميدس
يُكتب قانون دافعة أرخميدس في المعادلة التالية:
Fb = ρ x g x V
حيث (Fb) تعني قوة الطفو، و (ρ) تعني كثافة السائل، و (v) يعني حجم السائل المغمور فيه الجسم، و (g) هو التسارع الذي تسببه الجاذبية.
المصادر
- “Archimedes’ principle”,britannica
- “14.6: Archimedes’ Principle and Buoyancy”,Physics Library
- “Upthrust in Fluids, Archimedes Principle and Floatation”,quiznext
- “Archimedes Principle”,byjus
