محتويات
قوة الطفو المؤثرة في جسم تساوي
وزن سائل إزاحة الجسم .
الطفو يعتبر هو ميل الجسم للطفو داخل السائل وقد تمارس كل السوائل والغازات في توفر الجاذبية قوة تصاعدية وهي تسمى بقوة الطفو على أي جسم مغمور داخلها، وينتج الطفو عن الاختلافات داخل الضغط الذي يعمل على جوانب متقابلة من جسم مغمور داخل سائل ثابت.فحتى تكون قادرًا على فهم قوة الطفو ولماذا تمارس السوائل قوة طفو تصاعدية على الأجسام المغمورة يجب أن تدرك فكرة كم تساوي قوة الطفو المؤثرة في جسم.[1]
فتعتبر قوة الطفو هي القوة الصاعدة التي تمارس فوق جسم مغمور بالتمام أو بشكل جزئي داخل سائل، وهذه القوة الصاعدة تعرف أيضًا Upthrust، ونتيجة لقوة الطفو ، فيظهر أن الجسم المغمور جزئيًا أو كليًا داخل سائل يفقد وزنه ، وهو يظهر فهو أخف. فالعوامل الأتية تؤثر في قوة الطفو:
- كثافة السائل.
- حجم السائل المزاح.
- التسارع المحلي بسبب الجاذبية.
الجسم الذي تكون كثافته أكثر من كثافة السائل الذي يغمره يميل للغرق ففي حالة كان الجسم ذو كثافة أقل من السائل أو قد شكل بصورة مناسبة كما هو الحال داخل القارب كما يمكن للقوة أن يجعل الجسم واقفاً على قدميه، من حيث الكثافة النسبية ، إذا كانت الكثافة النسبية أقل من واحد ، فإنها تطفو بالماء والمواد التي بكثافة نسبية أكبر من بالوعة واحدة في الماء.
ثلاثة أنواع من الطفو
- الطفو الإيجابي.
- الطفو السلبي.
- الطفو المحايد
الطفو الإيجابي يعتبر النقطة التي تكون فيها المادة المنقوعة أخف من السائل المقتلع وهذا هو الدافع عند تقليب العنصر.
الطفو السلبي تعتبر النقطة التي يكون فيها العنصر المغمور أكثر كثافة من العنصر المقتلع مما يتسبب في غرق الجسم.
الطفو المحايد يتم حين يكون ثقل العنصر المغمور بالمياه مكافئًا للغوص المقتلع السائل الذي تم التقاطه من خلال جهاز التنفس تحت الماء وهو نموذج مثالي للطفو المحايد.[2]
العوامل المؤثرة على الطفو
- حجم الجسم المغمور في السائل أو حجم السائل المزاح.
- كثافة السائل.
- تسارع الجاذبية الأرضية
حين ندفع قطعة صغيرة من الفلين داخل الماء ، نشعر ببعض الصعود على أصابعنا ولنفترض أنه إذا دفعنا قطعة أكبر من الفلين داخل الماء ، فإننا نشعر بارتفاع أكبر في الأصابع وبالتالي ، يمكن القول أن قوة الطفو تزداد مع زيادة حجم الجسم.
حين ندفع قطعة صغيرة من الفلين في الماء ، نشعر ببعض الصعود على أصابعنا فإذا يضاف بعض الملح إلى الماء ونكرر نفس التجربة، كما يمكن ملاحظة أن الشعور بمزيد من الثقة ومع هذا يمكن استنتاج أن الطفو يرتفع مع زيادة الكثافة.
التسارع يعد الناتج عن الجاذبية ترتفع قوة الطفو أيضًا مع أرتفاع التسارع بسبب الجاذبية.[4]
أمثلة عن الطفو
تؤدي ظاهرة الطفو ، فإن السباحين والأسماك والغواصات والجبال الجليدية تظل طافية ومن بعض الأمثلة المذكورة أدناه:
- الغواصات: يوجد خزان صابورة كبير داخل الغواصات يتحكم بعمقها وموقعها من سطح البحر، وتغمر الغواصات من خلال ترك المياه تدخل في خزان الصابورة بحيث يكون وزنها أكبر بكثير من قوة الطفو.
- السمك: للصعود والنزول من سطح الماء ، تملأ السمكة أكياسها الهوائية بالغازات ، والتي بدورها فينتشر من جسمها إلى المثانة بالتبعية، يجعلها تشعر بأنها أخف بالوزن.
- منطاد الهواء الساخن: حين يمتلئ الغلاف الجوي في الهواء ، فإنه يمارس قوة طفو على كل جسم آخر ونتيجة لهذه القوة الطافية ، يعلو منطاد الهواء الساخن ويطفو في الهواء، فقد يبدأ في النزول بمجرد أن يصبح وزنه أكبر من قوة الطفو ويصبح ثابتًا وهو مساوي وزنه قوة الطفو.
- السفينة: تطفو السفينة فوق سطح الماء لأن كم المياه التي تزيحها تكفي لوزن معادل وزن السفينة وفي العادة ما تكون السفينة مجوفة بحيث تكون كثافتها الإجمالية أقل من كثافة مياه البحر، ومن ثم ، فإن قوة الطفو المؤثرة على السفينة كبيرة جدًا لدعم الوزن.[3]
- المنطاد: البيئة التي بالهواء الذي يطبق قوة الطفو على أي جسم وهو منطاد سياحي يعلو ويطفو نتيجة لقوة الطفو ويقل حين يكون وزن نفخ أكبر من قوة الطفو ويصبح ثابتًا عندما يقترب الوزن من قوة الطفو.
فكرة الطفو والغرق
بين طبقات الماء أو أي سائل آخر ، يستمر الضغط في التذبذب. الضغط على قاع الماء أكبر من الضغط على قمته. نتيجة لهذا الاختلاف في الضغط وسط الطبقات المختلفة ، تميل إلى أن تكون هناك قوة مكونة مطبقة في الاتجاه التصاعدي على الجسم المغمور، وبسبب هذه القوة قد يتعرض الجسم المغمور للتسارع في الاتجاه التصاعدي.
يمكن أيضًا أن نقول أن مقدار القوة الصاعدة مساوي فرق الضغط بين الطبقة العلوية والأدنى ، كما أنه مكافئ لكم الماء التي أزاحها الجسم المغمور وتسبب نتيجة هذا المفهوم إلى ظهور ظاهرة “الطفو” ولكي يطفو الجسم ، يستلزم فأن يكون أقل كثافة من الماء ، وإذا كانت كثافته أكبر من كثافة الماء ، فسوف يغرق.
اسئلة عن الطفو
- ما الذي يسبب قوة الطفو؟
قوة الطفو هي القوة الصاعدة المؤثرة على جسم مغمور في سائل. يتم تحديده عن طريق حجم الجسم المغمور داخل السائل وكثافته ويتسبب الضغط التصاعدي الأكبر الناجم عن الماء تحت جسم ما إلى رفع قوة الطفو، كما يمكن حسابها بضرب كتلة الماء بوزن الماء المزاح فالطفو ناتج عن الضغط التصاعدي للسائل تحت الجسم.
- لماذا تعتبر السباحة في مياه البحر أسهل من السباحة في المياه العذبة؟
السباحة في مياه البحر سهلة من السباحة بالمياه العذبة لأن مياه البحر تشتمل على ملح أكثر من مياه النهر أو المياه العذبة ولهذا ستزداد كثافته وقوته الطافية ، مما يجعل السباحة داخل مياه البحر أسهل.
- ما هو مبدأ أرخميدس؟
ينص مبدأ أرخميدس على أن قوة الطفو الصاعدة وهو يمارس على جسم مغمور في سائل ، سواء أكان مغمورًا جزئيًا أو كليًا ، وهو مساوي وزن السائل الذي أزاحه الجسم وتعمل لأعلى داخل مركز كتلة السائل المزاح.
- إذا طفت كرة بلاستيكية على سطح الماء على الأرض ، فهل ستطفو أو تغرق إذا وضعت في دلو من الماء على سطح القمر؟
سوف تطفو الكرة البلاستيكية إذا وضعت في دلو من الماء على سطح القمر ونظرًا لأن الكرة لها كتلة ، إذا كانت تطفو على الماء على الأرض ، فإنها تواجه اندفاعًا صاعدًا، وسيكون للكرة ذاتها ذات الكتلة عند وضعها داخل دلو من الماء على سطح القمر ، لكن وزنها سيقل (W = mg) ، وستواجه اندفاعًا صاعدًا فقد تتناسب القوة الصاعدة طرديًا مع “g” ، و “g” أقل على سطح القمر (1.63 م / ث 2) ولهذا تظل الكرة طافية.
- ماذا يحدث إذا كانت قوة الطفو للسائل مساوية أو أكبر أو أقل من وزن الجسم الصلب المراد غمره في الماء؟
إذا كانت قوة الطفو للسائل مساوية لجسم صلب مغمور داخل الماء ، فيبقى الجسم معلقًا عند هذا العمق، إذا كانت قوة الطفو أكبر من وزن الجسم الصلب ، فسوف تطفو ، وإذا كانت قوة الطفو أقل من وزن الجسم ، وهي تغوص داخل السائل.[5]
