لمعرفة ما الذي يحّدد قابلية الأجسام للطفو من عدمها علينا معرفة القاعدة التالية:
تطفو المواد على سطح السائل عندما تكون كثافتها أقل من كثافة السائل، وتغوص فيه إذا كانت كثافتها أعلى من كثافة السائل.
والكثافة هي تعبير عن كميّة المادة الموجودة في وحدة الحجم وتعبّر كذلك عن مدى تراص المادة في الحيز، وتقاس بوحدة غم/ سم³. فالمادة ذات الكثافة العالية تكون جزيئاتها متقاربة ومتراصة بخلاف المادة ذات الكثافة المنخفضة والتي تكون جزيئاتها متباعدة.
ومما ينبغي علينا استذكاره أنّ كثافة الماء تساوي (0.9970) غم/سم3
فأي مادة تبلغ كثافتها أقل من كثافة الماء (كالخشب) ستطفو عليها في حين أن المواد التي تكون كثافتها أعلى من كثافة الماء (كالمعادن الثقيلة) ستنغمر فيها.
وترتبط الكثافة بعاملين هما:
- الكتلة: وهي كميّة المادة الموجودة في الجسم، وتقاس بوحدة غم أو كغ؛ فكلما زادت كتلة المادة زادت كثافتها (علاقة طردية).
- الحجم: وهو مقدار الحيّز الذي يشغله الجسم، ويقاس بوحدة لتر أو مل أو م³ أو سم³
ويتناسب الحجم عكسيا مع الكثافة.
ومن الجدير بالذكر أن الأجسام الصلبة تصنّف إلى نوعين:
· أجسام مصمتة: تطفو هذه الأجسام على الماء عندما تكون كثافتها أقل من كثافة الماء (كالخشب) وتنغمر إذا كانت كثافتها أعلى من كثافة الماء (كالحديد).
· أجسام مجوفة: هذه الأجسام تُحسَب كثافتها الإجمالية وهي النسبة بين كتلتها الكلية إلى حجمها الكلي ؛ فإن كانت كثافتها الإجمالية أكبر من كثافة الماء تغوص فيها، وإن كانت أقل تطفو على سطحها (كالسفن).
ومما أعتقد أنك تودّ معرفته أنه يعود الفضل في بناء أضخم وسائل النقل البحرية إلى العالم اليوناني أرخميدس الذي كان أول من فكر في دراسة طفو الأجسام الصلبة أو انغمارها في السوائل.
ووضع أرخميدس قاعدة تنص على أن : " الجسم المغمور في مائع يفقد من وزنه بمقدار وزن المائع المزاح".
إذن : قوة الطفو = وزن الجسم في الهواء - وزن الجسم في السائل = وزن السائل المزاح
وقد ساعد مفهوم قوة الطفو على ابتكار العديد من التطبيقات ومن هذه التطبيقات ما يلي:
· قياس قيمة كثافة السوائل المجهولة: من خلال تصميم جهاز الهيدروميتر لقياس قيمة كثافة السوائل غير المعروفة، وذلك استناداً على مبدأ الأجسام المغمورة جزئياً في المائع.
· بناء السفن البحرية: قام العلماء بصناعة السفن بالشكل المطلوب لتمكينها من الإبحار دون الغرق، وذلك من خلال جعل حجم التجويف الداخلي لها كبيراً جداً، وبالتالي تكون كثافتها أقل من كثافة الماء مما يمنحها القدرة على الطفو فوقها.
· صناعة الغواصات: من خلال تصميم هيكل معدني له تجويف كبير جداً كما في السفن وبالتالي تصبح كثافته أقل من كثافة الماء، وحتّى تتمكّن الغواصة من الغوص في الماء تمّ تصميم خزّانات ماء بداخلها، ولذلك تزداد كثافتها فتغوص في الماء، وتصعد إلى السطح عند إفراغ الخزانات من الماء.
62 مشاهدة
