قوة الطفو ومبدأ أرخميدس تعتبر من المواضيع المهمة في الفيزياء. هذه القوة تتسلط من أي قاع يحتوي على ماء تجاه جسم معين من اجل رفعه ومنعه من النزول الى الأسفل. الطفو يختلف عن الأجسام ذات الكثافة التي تكون أقل من كثافة الماء. السبب في ذلك يمكننا ايجاد سفينة مصنوعة من المعدن تطفو على سطح الماء بسبب المساحة السطحية الملامسة للماء مهما كان وزنها وقد نجد أحيانا بعض الأجسام تطفوا جزئيا واخرى تطفوا كليا وهكذا.
ما قوة الطفو ؟ مبدأ أرخميدس
أن الأجسام الخفيفة كالثلج والخشب تطفو على سطح الماء، بينما المفتاح الحديدي يغوص فيه، ما السبب في ذلك؟ و كيف تطفو السفن والبواخر الثقيلة المصنوعة من الحديد دون أن تغرق فيه؟ ولو غمرنا قطعة من الخشب عموديا بواسطة يدنا وجعلناها تغوص في الماء ، نشعر بقوة تدفع يدنا نحو الأعلى، وبعد رفع يدنا نلاحظ ان قطعة الخشب تندفع نحو الأعلى، وتهتز ثم تستقر على سطح الماء ويبقى جزء منها مغمورة في الماء.
يتبين لنا أن قطعة الخشب تؤثر في الماء بسبب وزنها بقوة تتجه شاقوليا نحو الأسفل، كما يؤثر الماء في قطعة الخشب بقوة دفع نحو الأعلى ، قسمي قوة دفع الماء الأجسام المغمورة فيه قوة الطفو وهذا ما وجده العالم أرخميدس بالنسبة للأجسام المغمورة في الماء .
قوة الطفو: هي قوة دفع السائل للاجسام المغمورة فيه (غمر) جزئيا أو كليا) وتتجه شاقولية نحو الأعلى.
سؤال: لماذا يشعر الشخص الذي يسبح في حوض السياحة بأن جسمه أخف؟
الفكرة الرئيسة:
الأجسام المغمورة في مائع تؤثر عليها قوة تسمى قوة الطفو وهي قوة دفع السائل للجسم المغمور جزئيا أو كليا فيه وتتجه شاقوليا نحو الأعلى .
نتاجات التعلم : في نهاية هذا المقال سأكون قادرا
- أوضح مبدأ أرخميدس .
- أبين تاثير قوة الطفو على طفو أو غطس الأجسام في الموائع .
- أقارن بين غطس الأجسام وطفوها في الموائع .
- أشرح تطبيقات على مبدأ أرخميدس .
المفردات:
- Buoyancy Force قوة الطفو
- مبدأ أرخميدس Archimedes Principle
قياس مقدار قوة الطفو:
- علق قطعة من الحجر بخطاف النابض الحلزوني وهو معلق في الهواء، اقرأ مؤشر النابض الحلزوني.
- أغمر قطعة الحجر المعلقة بالنابض الحلزوني داخل الماء بشكل كامل، واقرأ مؤشر النابض الحلزوني مرة أخرى، ماذا الاحظ ؟
- لماذا تشير القراءة إلى رقم اصغر مما كانت عليه في الحالة الأولى؟
- . يفسر ذلك بان الماء دفع الجسم بقوة نحو الأعلى هي قوة الطفو وتساوي الفرق بين الوزن الحقيقي للجسم في الهواء، ووزنه داخل الماء يسمى الوزن الظاهري، كما أن حجم الماء المزاح يساوي حجم قطعة الحجر.
مبدأ أرخميدس
ينص مبدأ أرخميدس على أن قوة الطفو المؤثرة في جسم مغمور كليا أو جزئية في مائع (سائل أو غاز) هي قوة متجهة إلى الأعلى، ومقدارها يساوي وزن كمية السائل أو الغاز التي ازاحها الجسم.
الوزن في مقابل قوة الطفو:
إذا غمر جسم في سائل ، فانه يغطس أو يطفو أو يبقى معلقا ، تبعا للعلاقة بين وزن الجسم وقوة الطفو المؤثرة فيه، وبذلك تستطيع القول ان أي جسم يغمر في سائل تؤثر عليه قوتان، هما :
- وزن الجسم وهو قوة تتجه شاقولية إلى الأسفل .
- قوة الطفو (وزن السائل المزاح) وهي قوة تتجه شاقولية إلى الأعلى .
تأثير كثافة الجسم وحجمه على طفو الجسم أو غطسه:
كثافة الجسم لها علاقة بقابلية الجسم على الطفو أو الغطس ، اذ بالامكان في بعض الأحيان تغيير كثافة الجسم للسيطرة على امكانية جعل الجسم يطفو أو يغطس، ولان الكثافة التي سبق أن تعرفت عليها تتبع العلاقة الاتية:
الكثافة = الكتلة m / الحجم v
فمن الممكن تغيير كثافة الجسم بتغيير حجم الجسم وبقاء كتلة الجسم ثابتة لجعل الجسم يطفو .
سؤال: هل تطبق قاعدة أرخميدس على الغازات؟
طفو الأجسام
- خذ كأس زجاجية واملأها بالماء وضع فيها بيضة، ماذا تلاحظ ؟
- أذيب في الكاس كمية من الملح بالتدريج ، ماذا تلاحظ؟
- ما الذي جعل البيضة ترتفع قليلا إلى الأعلى؟
- أستمر باذابة الملح، ماذا يحصل للبيضة؟
- ما سبب صعود البيضة إلى الأعلى وبقائها طافية على سطح الماء؟
بعض الأجسام تطفو:
الجسم يطفو في سائل عندما يكون وزن الجسم مساو أو أقل لقوة الطفو وكثافة الجسم اصغر من كثافة السائل، كما هو الحال لبطة تطفو على سطح الماء. أما الجسم الذي يطفو معلقا تحت سطح السائل فان ذلك
يحدث عندما يكون :
وزن الجسم = قوة الطفو
أو كثافة الجسم = كثافة السائل
كما هو الحال لسمكة تطفو معلقة تحت سطح الماء.
بعض الأجسام تغوص:
بعض الأجسام تغوص في السائل، إذا كان :
وزن الجسم أكبر من قوة الطفو، وكثافة الجسم اكبر من كثافة السائل كما هو الحال لصخرة تستقر تحت الماء.
سؤال: لماذا تطفو بعض الاجسام وبعضها الآخر يغطس عندما توضع على سطح الماء؟
تطبيقات على مبدأ ارخميدس
الغواصة:
هي باخرة تبحر على سطح الماء كجسم طافي، أو تغطس بكاملها تحت الماء، وهي تغوص عندما تعمل على ادخال الماء إلى مستودعاتها الداخلية، حيث يزداد وزنها فتغطس ثم تعود إلى السطح عندما يفرغ الماء بوساطة احلاله بهواء مضغوط . وتوازن البواخر تطفو البواخر اذا جعلنا فيها تجويفا كبيرا فيزداد حجمها مما يؤدي إلى نقصان كثافتها الكلية فتصبح كثافتها أقل من كثافة الماء فيزداد مقدار قوة الطفولذا تطفو على سطح الماء.
اسئلة عن قوة الطفو
- ما قوة الطفو؟
- ماذا نقصد بمبدأ أرخميدس ؟
- ما العوامل التي تعتمد عليها قوة الطفو؟
- ما الذي يجعل سائل زيت الزيتون يطفو على سطح الماء؟
- ايهما يسلط قوة طفو اكبر على الجسم الطافي، السائل الأكثر كثافة ام السائل الاقل كثافة؟ ولماذا؟
- كيف يمكن لسمكة أن تغير موقعها في أعماق مختلفة داخل الماء؟
- ما السبب الذي يجعل الباخرة المصنوعة من الحديد تطفو في المياه بينما تغطس كرة الحديد في الماء ؟ مع العلم أن كثافة الحديد اكبر من كثافة الماء .
- كيف تحدد فيما اذا كان الجسم سيطفو أو يغطس؟
- لماذا يستعين المبتدئ بالسباحة بإطار مطاطي منفوخ؟
- ما الذي يجعل قطعة حديد تغطس في الماء بينما تطفو على سطح الزئبق؟
إضافة تعليق
يجب عليك تسجيل الدخول او التسجيل لتستطيع اضافه تعليق .