بحث عن قاعدة ارخميدس

قاعدة أرخميدس

أوجد العالم اليوناني أرخميدس قاعدة تنص على أنّ الجسم المغمور كلياً أو جزئياً في مائع دون تأثير أيّ قوة عليه يندفع لأعلى بقوة صاعدة تُدعى قوة الطفو والتي يُساوي مقدارها وزن السائل الذي يزيحه الجسم عند غمره، ويُطلق على هذه القاعدة اسم قاعدة أرخميدس أو قانون الطفو.[١][٢] ويُمكن التعبير عنها رياضياً كالآتي:[٣]

• قوة الطفو = كثافة السائل × حجم السائل المزاح × تسارع الجاذبية الأرضية.

يجدر بالذكر أنّ قوة الطفو تُعارض قوة الجاذبية دائماً، كما أنّ حجم السائل المُزاح يُساوي حجم الجسم في حالة كان الجسم مغموراً كلياً، وعندما يطفو الجسم؛ فإن حجم السائل المزاح يكون أقل من حجم الجسم، وتكون قوة الطفو مساوية لوزن الجسم، وإذا كان وزن الجسم أقل من وزن السائل المزاح فإنّ الجسم يرتفع لأعلى كما هو الحال مع لوح الخشب الذي يرتفع للأعلى عند محاولة إغراقه في الماء، أو بالون الهيليوم الذي يطير في الهواء، أمّا إذا كان وزن الجسم أكبر من كمية السائل المزاح فإنّه يغرق.[١][٣]

أمثلة على قاعدة أرخميدس

فيما يأتي بعض الأمثلة على قانون أرخميدس للطفو:[٤]

• مثال (1): ما مقدار قوة الطفو المؤثرة على كرة فولاذية نصف قطرها يُساوي 5 سم مغمورة في الماء، مع العلم أنّ كثافة الكرة = 7900 كغ/م3، وكثافة الماء = 1000 كغ/م3.
  • الحل:
  • يُحسب حجم الكرة الفولاذية = (4/3) × π ×(نصف القطر)3
  • حجم الكرة الفولاذية = (4/3) × 3.14 × (0.05)3
  • حجم الكرة الفولاذية = 0.000523 م3
  • حجم الجسم = حجم السائل المُزاح؛ بما أنّ الجسم مغمور كلياً.[٣]
  • قوة الطفو = كثافة السائل × تسارع الجاذبية × حجم الكرة
  • قوة الطفو = 1000 × 9.8 × 0.000523
  • قوة الطفو= 5.1254 نيوتن.
• مثال (2): ما مقدار قوة الطفو المؤثرة على مكعب ووزنه في الهواء 19 نيوتن، وعند غمره في الماء يصبح وزنه 17 نيوتن.
  • الحل:
  • قوة الطفو = وزن الجسم في الهواء – وزن الجسم المغمور في الماء
  • قوة الطفو = 19- 17
  • قوة الطفو= 2 نيوتن

تطبيقات على قاعدة أرخميدس

يُوجد عدةّ تطبيقات على قاعدة أرخميدس وهي كالآتي:[٥]

• الغواصة: تحتوي الغواصة على خزان الصابورة الذي يُخزن الماء، الأمر الذي يجعل وزن الغواصة أكبر من قوة الطفو، وبالتالي تبقى تحت الماء.
• مقياس كثافة السوائل: يُستخدم لقياس كثافة السوائل النسبية؛ إذ يحتوي على كرات من الرصاص تطفو عاموديًا على السوائل، وكلما انخفض المقياس أكثر كلما كانت كثافة السائل أقل.
• السفن: تنزل السفينة للأسفل إلى أن يتساوى وزنها مع وزن الماء المزاح، وعندما تُحمل بالمزيد من البضائع تُزيح المزيد من الماء وبالتالي تغوص بشكل أعمق إلى أن يتطابق وزن السائل المزاح مع وزن وحمولة السفينة وبالتالي تطفو.[١]
• المنطاد: يُحلق المنطاد في الهواء من خلال تأثير قوة الطفو عليه وتغلبها على قوة الجاذبية.[٦]

المراجع

1. ^ أ ب ت “Archimedes’s principle”, www.britannica.com,2020-5-29، Retrieved 2021-5-24. Edited.
2. ↑ “Buoyancy”, www.encyclopedia.com,2018-5-14، Retrieved 2021-5-24. Edited.
3. ^ أ ب ت Jonathan Osbourne , “Archimedes Principle”، www.brightstorm.com, Retrieved 2021-5-24. Edited.
4. ↑ “Archimedes Principle Formula”, www.softschools.com, Retrieved 2021-5-24. Edited.
5. ↑ “Archimedes Principle”, www,byjus.com, Retrieved 2021-5-24. Edited.
6. ↑ “Density and the Buoyant Force – Hot Air Balloon”, www.primetimepbc.org, Retrieved 2021-6-13 Edited.