أكتشف بنفسك : الصفحة الرئيسية > تبادُل > مواد و خامات > سؤال/ جواب
كثافة الماء ومقاومته
٠٤/١١/١٩٩٨
تاريخ
 
سؤال من
 
١. يعتمد أحد التمارين التي يمارسها التلاميذ عندما يذهبون إلى حمام السباحة على تفريغ الرئة من الهواء تدريجيًّا، حتى يتمكنوا من الغوص بسهولة، والوصول إلى قاع الحمام. فكيف يمكنكم تفسير ذلك من الناحية العلمية؟ وهل هناك علاقة ما في هذه الحالة تربط بين الحجم والوزن والهواء؟ ٢. يغطس بعض الأطفال بشكل انسيابي في الماء وهم ضامّين أيديهم. ويترتب على ذلك عدم شعورهم بألم في بطنهم وعدم تعرضهم لمقاومة الماء بنسبة كبيرة. بينما من يغطس منبطحًا يتعرض لمقاومة الماء ويشعر بألم في معدته. فبأي قانون علمي يمكننا تفسير ذلك؟ وهل تـُستخدم نفس فكرة المقاومة لتفسير الشكل الذي تـُصنع به مقدمة السفن؟ وكيف يمكن شرح كل هذا بطريقة علمية للأطفال؟ ٣. هل يتعلق ملء صابورة الغواصة بالماء بالحجم والوزن؟ وهل للهواء تأثير على الأجسام الطافية؟ فالتلاميذ يستطيعون تحديد - بمنتهى السهولة - أن الجسم يغطس أو يطفو، إذا ما كان هناك هواء. يتحدث البعض عن السطح الحامل للجسم، فهل هناك مجال لاستخدام هذه المصطلحات؟ وماذا يعني مصطلح ميكانيكا السوائل؟
 

 
 
٠٧/١١/١٩٩٨
تاريخ
 
إجابة من
 
١. يعتمد أحد التمارين التي يمارسها التلاميذ عندما يذهبون إلى حمام السباحة على تفريغ الرئة من الهواء تدريجيًّا، حتى يتمكنوا من الغوص بسهولة، والوصول إلى قاع الحمام. فكيف يمكنكم تفسير ذلك من الناحية العلمية؟ وهل هناك علاقة ما في هذه الحالة تربط بين الحجم والوزن والهواء؟ ٢. يغطس بعض الأطفال بشكل انسيابي في الماء وهم ضامّين أيديهم. ويترتب على ذلك عدم شعورهم بألم في بطنهم وعدم تعرضهم لمقاومة الماء بنسبة كبيرة. بينما من يغطس منبطحًا يتعرض لمقاومة الماء ويشعر بألم في معدته. فبأي قانون علمي يمكننا تفسير ذلك؟ وهل تـُستخدم نفس فكرة المقاومة لتفسير الشكل الذي تـُصنع به مقدمة السفن؟ وكيف يمكن شرح كل هذا بطريقة علمية للأطفال؟ ٣. هل يتعلق ملء صابورة الغواصة بالماء بالحجم والوزن؟ وهل للهواء تأثير على الأجسام الطافية؟ فالتلاميذ يستطيعون تحديد - بمنتهى السهولة - أن الجسم يغطس أو يطفو، إذا ما كان هناك هواء. يتحدث البعض عن السطح الحامل للجسم، فهل هناك مجال لاستخدام هذه المصطلحات؟ وماذا يعني مصطلح ميكانيكا السوائل؟
 
 
كثافة الماء ومقاومته

 
 
٠٨/١١/١٩٩٨
تاريخ
 
إجابة من
 
١. ينص مبدأ طفو الأجسام لأرشميدس على أن الجسم يغوص إذا كانت كثافته أكبر من كثافة الماء، ويطفو إذا كانت كثافته أقل من كثافة الماء. وتزيد كثافة جسم الإنسان بقليل عن كثافة الماء. ولذلك نجـده يغوص في الماء، إلا في حالـة ما تكون الرئتـان مملوءتين بالهـواء (أقل من كثافة الماء بـ ١٠٠٠مرة)، لأن ذلك يقلل من الكثافة المتوسطة (التي تقاس وفقـًا للحجم الكلي للجسم)، بالقدر الذي يسمح له بالطفو. وإذا أفرغنا الرئة من الهواء، سيصبح جسمنا أكثر كثافة في الماء وسيغوص فيه. وهذا التفسير يصلح أيضًا للإجابة على السؤال الثالث المتعلق بالغواصات. ٢. لتفسير الشكل الذي تكون عليه مقدمة السفن، يجب معرفة أنه من البديهي أن يخضع السطح المستوي المعرض للهواء بصورة عمودية لقوة أكبر بكثير من القوة التي يخضع إليها نفس السطح إذا ما كان في وضع موازيًا للهواء. وكذلك تهبط المظلات وهي مفتوحة ببطء أكثر منه الحال إذا ما كانت مغلقة. ومن جهة أخرى، تعمل المياه الأكثر كثافة من الهواء على مقاومة التقدم بصورة أكبر بكثير عن مقاومة الهواء. (ولكي تقتنعون بذلك، حاولوا الجري في مكان يصل مستوى الماء به إلى ركبتيكم). وكل ذلك يمكن أن يفسر اختراق الغطاس الماهر لسطح الماء بسهولة، والتقدم السهل للعربات جيدة التجنيب. أما بالنسبة لميكانيكا السوائل، فذلك يعني دراسـة القـوة المختلفة التي تتحكـم في حركة السوائل، وتوثر على السوائل نفسها من ناحية، وعلى الأجسام الموجودة بها من ناحية أخرى. ومن هنا يجب توصيل مفهوم المقاومة الديناميكية للسوائل بطريقة أو بأخرى للتلاميذ. أعتقد أنه من الممكن تشبيه ذلك بشخص يريد التقدم في طريق مغطى بالأشواك. إذا كان ثمينـًا، سيقابل الكثير من الصعوبات للتقدم. ولكن إذا كان نحيفـًا، سينجح في المرور بين الأشواك وتفاديها. فجزيئات الماء أو الهواء تتصرف كالأشواك تجاه جسم يتحرك، وتعمل على الحد من تقدمه إذا ما كان حجمه أكبر منها. ويمكن الاستعانة بهذا التشبيه لتفسير الطريقة التي يخترق بها الجسم للماء: فالجسم الطويل والممشوق يخترق الماء بطريقة أفضل من الجسم المسطح أو المستوي. وبما أنهم فهموا ذلك، ألا يكون الغطس في حمام السباحة أفضل الوسائل التفسيرية؟ ٣. وردت الإجابة فيما سبق. ٤. يستخدم هذا المصطلح في الطيران، حيث يُمثل سطح أجنحة الطائرة عاملاً أساسيًّا للتماسك، أي قوة الدفع الديناميكية الجوية التي تجعلها متماسكة في الهواء. ٥. وردت الإجابة فيما سبق. ١. "وجدتها، وجدتها" كما قال أرشميدس. إذا كانت كثافة جسم (ثقله مقارنة بحجمه) مرتفعة سيغرق كالحجارة. وإذا كانت كثافته ضعيفة، سيطفو كالفلين. عندما يفرغ التلميذ رئته، يتحول من الفلين إلى الحجارة (يبقى وزنه كما هو ولكن يقل حجمه، لأن رئتيه تكونان في هذه الحالة كالبالون الفارغ). ٢. نعم، يحدث نفس الشيء لمقدمة السفن. إذا طلبتم من التلاميذ قطع الزبد باستخدام السكين، ثم محاولة فعل نفس الشيء باستخدام ظهر الملعقة، سيفهمون الفرق بين الحالتين. فالأمر يتعلق ببسط القوة (الوزن) على مساحة نوعًا ما كبيرة. ٣. هناك تشابه بين حال الغواصة وحال الطفل في حمام السباحة. وملء صابورة الغواصة بالهواء يعادل ملء الرئتين بالهواء. وإذا حل الماء مكان الهواء في الحالة الثانية يشبه الأمر تفريغ هواء الرئتين. ٤. الموضوع أكثر تعقيدًا من ذلك. فالأمر متعلق بعلم الديناميكا. وهذا ما يمنع الطائرات من السقوط أرضًا، ويحمي المتزحلق على الجليد من البلل. فحركة الجسم بالنسبة للسائل أو الهواء هي التي تتسبب في نشوء قوة تسمى بالطفو. ٥. تختص ميكانيكا السوائل بدارسة قوة وتحركات الأجسام السائلة بالنسبة للأجسام الصلبة في أغلب الأحيان.
 
 
أدوات
© اكتشف بنفسك ٢٠٢٤