أكتشف بنفسك : الصفحة الرئيسية > تبادُل > مواد و خامات > سؤال/ جواب
هل شكل الجسم مهم لطفوه؟
٢١/٠٥/٢٠٠٤
تاريخ
 
سؤال من
 

لقد اطلعت للتو على إجابة السؤال "لماذا تطفو السفن" ولكني لم أفهم تماما. فإذا تناولنا مثال كرة الصلصال النموذجي الذي يغوص وهو على شكل كرة بينما يطفو وهو على شكل قارب: فلماذا أليس حجم السائل المزاح واحداً ؟ هل تختلف كثافة الجسمين (كرة و"قارب") لدخول كثافة الهواء في حالة القارب بالموضوع؟ فهل ينبغي اعتبار مجموع (قارب+هواء) كجسم "إجمالي" تختلف كثافته عن كثافة الكرة؟ مما يجعلنا نطرح السؤال التالي: هل يطفو جسمان من نفس المادة ومتساويان في الحجم أحدهما مملوء بالهواء والآخر فارغ (ليس به أي مادة) بنفس الطريقة؟ و في أثناء طرح السؤال لاحظت أنني أمتلك الرد: لا، بما أن كتلة الحجم (الكتلة الحجمية) في كلتا الحالتين تكون مختلفة. وبما أن هذا ما يؤثر في قوة دفع أرشميدس... ومع ذلك أعجز عن الانتقال إلى مسألة السفن. فهل ينبغي اللجوء إلى الاختلاف في الضغط الذي يمارسه الهواء في حالة الكرة وفي حالة السفينة (فالمساحة ليست واحدة؟) وبالتالي سطح الملامسة مع الماء؟ وبما أن الضغط هو قوة ممارسة على سطح... فهل تؤثر قوة دفع أرشميدس إذا في سطح الملامسة مع الماء (كلما كان أكبر كلما طفا الجسم بصورة أفضل حيث أن الحجم المزاح سيكون أكبر؟ باختصار هل بإمكانكم العثور على "تناول" يساعدني على فهم تلك الظاهرة؟ إنني أعي إن الأمر في "غاية البساطة" ولكنني أعترف بأنني أخفقت في عرض الأشياء بشكل صحيح. وأشكركم مقدما.

 

 
 
٠٧/٠٦/٢٠٠٤
تاريخ
 
إجابة من
 

إن ما يتحكم في الطفو هو الحجم المغمور وليس سطح الملامسة. إن السطح المذكور يؤثر على اختراق الماء أو حتى منعه (مثل الحشرات التي تسير على سطح الماء) من خلال التوتر السطحي في حالة الأجسام ذات الأسطح الكبيرة (والوزن الصغير)؛ ولكنه لا يؤثر في ما نطلق عليه الطفو.
وينشأ التوازن بين الوزن وقوة الدفع الممارسة على الحجم المغمور والذي قد يكون أقل بكثير من الحجم الكلي للقارب. إن هياكل السفن تكون مفرغة. ونعلم أن الأمور تتغير إذا تسبب مخترق في دخول السائل إلى الهيكل. ويمكن تفسير الكارثة بطريقتين:

  1.  يقل الحجم المغمور أو
  2.  يزيد الوزن بوزن السائل. والنتيجة في الحالتين واحدة: تغرق السفينة المصنوعة من المعدن.
 
 
هل شكل الجسم مهم لطفوه؟

 
 
٠٧/٠٦/٢٠٠٤
تاريخ
 
إجابة من
 

تماما، إن هذا هو الوضع بالضبط! ولكن تكمن الصعوبة في استعمال مفهوم "الكثافة" هذا والذي لا يعد مفيدا حقا. تناول كرة من الصلصال وقم بتغطيسها في كوب ماء، فسيرتفع مستوى الماء. ولكن الماء لا يرتفع طواعيةً، فهو يضغط في المقابل نحو الأسفل حول الكرة مما يترجم أسفل الكرة بمحاولة لصعود الماء من جديد، الماء أسفل الكرة يدفعها نحو الأعلى (ولتخمن ما يطلق على قوة الدفع هذه...). وتدريجيا تغوص الكرة ويصعد الماء ضاغطا أكثر فأكثر. ولكن عند لحظة تكون فيها الكرة مغمورة وقوة الدفع مازالت أقل من وزن الكرة فإذا تركت الكرة ستغوص. وقم الآن بإعادة التجربة باستخدام "سفينة" مصنوعة من نفس الكرة. وبما أن السفينة تقوم باحتجاز الهواء، فحتى تهبط ينبغي أن تزيح كمية أكبر بكثير من الماء! وبالتالي تكون قوة الدفع التي تخضع لها أكبر بكثير عنها في حالة الكرة المصمتة. وإذا كان هيكلها مفرغا جيدا فإن قوة الدفع ستوازن وزنها قبل أن تغمر تماما فتطفو. ويعمل هذا بشكل جيد حتى أن أجساما ثقيلة مثل البواخر تتمكن من الطفو. وفي الواقع فحتى بتلك الحالات كما ذكرت فإن كثافة المجموع "باخرة + ركاب + هواء" تكون أضعف من كثافة الماء... ولكن انتبه! فإذا ظهر بالسفينة أي ثقب صغير سواء كانت السفينة مصنوعة من الصلصال أو من الفولاذ فإن الماء سيحل محل الهواء المحتجز وستغرق السفينة نهائيا!

 
 
أدوات
© اكتشف بنفسك ٢٠٢٤