٠١/١٠/١٩٩٩

 (لمزيد من المعلومات)

أعمل حاليًّا على مبدأ طفو الأشياء. وأجد نفسي عاجزًا عن شرح لماذا تطفو السفن على سطح الماء بصورة مبسطة. وأجد أيضًا صعوبة في تحديد المعايير الأخرى التي تسمح بتحقيق ذلك المبدأ، بخلاف الكتلة والمادة والحجم. ولذلك أرجو منكم بعض التفسيرات النظرية، حتى يتسنى لي إدراك الموضوع بطريقة أكثر وضوحًا، مستعينـًا بالنتائج التجريبية التي تساعدني على شرح تلك الظاهرة للتلاميذ.

---

٠٤/١٠/١٩٩٩

 (لمزيد من المعلومات)

يكمُن الشرح النظري لهذه الظاهرة في قاعدة الطفو لأرشميدس، التي تبين أن كل جسم مغمور في سائل يخضع إلى قوة رأسية موجهة من أسفل إلى أعلى تساوي وزن السائل المتحرك واستنادًا إلى ذلك، هناك احتمالان: إما أن يغطس الجسم إذا كان وزنه أكبر من قوة الدفع، وإما أن يطفو إذا كان وزنه أقل منها. فمن الممكن شرح ذلك سريعًا، ولكن يبقى الأمر غامضًا نوعًا ما. فما معنى السائل المتحرك مثلاً؟ إذاً، يستلزم الأمر إعطاء المزيد من التفسيرات: عندما أقوم بغمس جسم بأكمله في الماء يساوي حجمه ١ لتر، فحجم الماء المتحرك يساوي هو الآخر ١ لتر تحديدًا وتـُعادل كتلته ١ كجم. إذاً قوة الدفع = ١ كجم × ٩.٨١ = ٩.٨١ ن. وإذا لم أقم بغمس الجسم كليًّا، فلن يتساوى حجم السائل المتحرك إلا مع الجزء المغمور، وتكون قوة الدفع أقل من هذه القيمة. وعليه، يتعلق مبدأ الطفو بموضوع توازن القوى، حيث يخضع الجسم المغمور إلى قوتين عكسيتين: وزن الجسم وقوة دفع السائل. تكون الأولى ثابتة، وتختلف الثانية تبعًا لمدى انغماس الجسم في المياه. وفي حالة تحقـق هذا التوازن بين القوتين قبل الغمر الكامل، يتوقف الحجم عن الانغماس في السائل، ويطفو على السطح. وفي حالة ما لم يتحقق هذا التوازن، أي إذا كانت الكثافة المتوسطة للجسم أعلى من كثافة الماء، فسيغرق الجسم بلا رجعة. والجدير بالذكر أيضًا أن الجسم الذي نقوم بغمره، لا يجب أن يكون شديد التلاحم حتى تـُطبق القاعدة. فالسفينة على سبيل المثال، ما هي إلا علبة حديدية محكمة السد ممتلئة بالهواء. ولذلك لا تكون ثقيلة للغاية، ويكون وزنها أخف من وزن حجم مماثل مملوء بالماء، وبالتالي تستطيع الطفو. وإذا حملناها بأغراض ثقيلة من الرصاص والنحاس، فسيأتي الوقت الذي يتخطى فيه وزنها وزن نفس الحجم المملوء بالماء، وستغرق. ولفهم ذلك، أقترح عليكم إجراء هذه التجربة البسيطة مُستخدمين أدوات غير مكلفة بالمرة: حوض مملوء بالماء، كأس من البلاستيك، كحول قابل للاشتعال، ماء، القليل من الملح. • عندما نقوم بملء نصف مقدار الكأس بالكحول، ووضعه في الحوض المملوء بالماء، سيطفو بالطبع على سطح الماء.وعندما نملأ الكأس بحذر حتى آخره بالكحول، سيبقى طافيًا، ويكون حرفه على بعد بضعة مليمترات من مستوى سطح الماء. • مع إعادة التجربة باستخدام الماء لملء الكأس، نلاحظ انغماس الكأس في المياه أو وشوكه على ذلك، عندما يمتلئ تمامًا وتكون المياه ملامسة لحرف الكأس. • إجراء نفس التجربة باستخدام المياه المالحة. وللحصول عليها بأسرع الطرق: يتعين علينا تسخين المياه بعد إضافة الكثير من الملح إليها، وتركها لتبرد، ثم نقوم بتصفيتها. وفي هذه المرة، نلاحظ أن الكأس يغوص قبل أن يمتلئ إلى آخره.