مفهوم قانون الطفو

الطفو

هو ظاهرة تحرك الأجسام في السوائل و الغازات، وهو ما يحدد إذا ما كان الجسم داخل السائل سوف يطفو أو يغرق، أي أنّه مقياس للفرق بين كثافة الجسم والسوائل أو الغاز الذي يحل محله، وكان أول من اكتشف الطفو هو عالم الرياضيات اليوناني أرخميدس، حوالي 212-287 قبل الميلاد، أثناء مقارنة وزن تاج الملك المصنوع من الذهب و المجوهرات، حيث إن أرخميدس أسقط التاج في الماء، وأسقط بعض العملات الذهبية كذلك، حيث إنّه لاحظ أنّ العملات الذهبية أسرع من التاج في الهبوط إلى قاع الحوض، وينطبق الطفو على العديد من الأجسام التي تستعمل في العصر الحاضر بدءًا من السفن التي تعبر البحار والمحيطات وغيرها من الأجسام، وفي هذا المقال سوف يتم توضيح مفهوم قانون الطفو والعديد من المواضيع التي تخص قانون الطفو.[١]

مفهوم قانون الطفو

يحدث الطفو عندما يتم وضع جسم ما في السائل، فالجسم سيتعرض حينها إلى قوة سببها السائل الذي يمارس قوة تصاعدية تسمى القوة الطافية، والقوة النزولية لسائل هي وزنه، وتأتي قوة الطفو من الضغط الذي يمارسه الجسم على السائل، و توجد قوة الطفو سواء كان الجسم يطفو أو يغطس، أي أنّها القوة التي تمارس على الأجسام عند وضعها في سائل، ويمكن حساب قوة الطفو لجسم ما كليًا أو جزئيًا في السائل، وينص مبدأ أرخميدس -الذي اكتشف الطفو- والذي يوضح مفهوم قانون الطفو على ما يأتي: “إنّ قوة الطفو على جسمٍ ما تساوي وزن السائل المزاح بواسطة الجسم، وبالتالي قوة الطفو: هي القوة التصاعدية التي تمارس بواسطة السائل الذي يعارض وزن الجسم المغمور في السائل.[٢]

أنواع الطفو

لقد أستنتجنا من مفهوم قانون الطفو أنه من الممكن تصنيف الطفو لعدة أنواع رئيسية، و يأتي هذا التصنيف حسب طفو الأجسام على سطح السائل، حيث من الممكن الأستفادة من هذه الأنواع في حياتنا اليومية، و في ما يلي بعض الأنواع التي أستنتجنها من مفهوم قانون الطفو وهي كالآتي:[١]

• الطفو الإيجابي: يحدث الطفو الإيجابي عندما يكون الجسم أخف من السائل الذي يزيحه مما يؤدي إلى حدوث طفو للجسم و ذلك بسبب أن قوة الطفو أكبر من وزن الجسم، ومن الأمثلة على ذلك البحر الميت، إذ تشتهر المياه المالحة بإنها أقل كثافة من المياه العذبة، و تمتلك قوة طفو أعلى من المياه العذبه.
• الطفو السلبي: يحدث الطفو السلبي عندما يكون الجسم أكثر كثافة من السائل الذي يزيحه مما يؤدي إلى غرق الجسم و ذلك بسبب؛ أن الجسم وزنه أكبر من قوة الطفو، حيث أنه تم تصميم الغواصات بناءً على ذلك، حيث تعمل على تخزين الماء للهبوط إلى قاع المياه، و تفريغ المياه لصعود لأعلى.
• الطفو المحايد: يحدث الطفو المحايد عندما يكون وزن الجسم مساويًا للسوائل التي يزيحها، و في هذه الحالة يبقى الجسم ثابتًا.

الفرق بين الطفو و اللزوجة

اللزوجة و الطفو هما عاملان يؤثران على السوائل والغازات، للوهلة الأولى يبدو المصطلحان متشابهان للغاية، حيث يبدو أن كلاهما يجعل السائل يقاوم أي جسم يوضع فيه، ولكن هذا غير صحيح حيث أنه كلا المصطلحين يشيران إلى قوى محددة تمارس إما داخليًا أو خارجيًا، و تمثل الإختلافات في العوامل المسببة و التي تختلف كليًا عن بعضهما.[٣]

الطفو

كما تمّت سابقًا الإشارة في مفهوم قانون الطفو أنّ الطفو هو القوة التصاعدية التي يمارسها السائل أو الغاز على جسم مغمور فيه، حيث إنّ القوة التصاعدية هي المسبب الرئيس في طفو الجسم، و مع ذلك فإنّ الجسم الذي يطفو يجب أن يحل محل كتلة أكبر من كتلة السائل وذلك من أجل أن يطفو، ولكنّ القوة التصاعدية لن تكون كافية لمنع الجسم من الغرق و هذا يرتبط بكثافة السائل، و مثال على ذلك إذا كان الماء أكثر كثافة فيجب أن يكون الجسم الموضوع فيه أثقل ليزيح القليل منه ليبقى طافيًا؛ لإنّ الماء سوف تكون له كتلة أكبر من الجسم[٣].

اللزوجة

يتم تعريف اللزوجة ببساطة بأنّها مقاومة السوائل والغازات للتدفق، مما يعني أنّه كلما كان تدفق السوائل والغازات قليل كلما كانت اللزوجة عالية، واللزوجة في السوائل والغازات ناتجة عن تركيب الجزيئات التي تسبب احتكاكًا داخليًا عند تحركها، وهذا الاحتكاك يقاوم التدفق الطبيعي، وتختلف اللزوجة عن الطفو من حيث أنّ اللزوجة هي القوة الداخلية داخل السوائل والغازات، والطفو هو القوة التصاعدية التي تمارسها السوائل والغازات على جسمٍ ما[٣].

تطبيقات على قانون الطفو

هنالك العديد من الاستخدامات والتطبيقات التي يمكن الاستفادة منها والتي تستنتج من خلال مفهوم قانون الطفو، ويمكن الاستفادة من مفهوم قانون الطفو في بعض الصناعات الاقتصادية، وتطوير كثير من الأمور التي تخدم الإنسان، وفي ما يأتي بعض من هذه التطبيقات:[٤]

• الغواصات: ترتفع الغواصة و تغطس في الماء من خلال ملء الخزانات الكبيرة الموجودة داخل الغواصة، حيث يتم فتح الخزانات وتفريغها من الماء، واستبداله بالهواء للصعود للأعلى، بينما يتدفق الماء إلى الخزانات للنزول للأسفل، وبمجرد الوصول إلى عمق معين يتم موازنة الغواصة، بحيث تكون الكثافة الكلية للغواصة مساوية للماء المحيط بها، بحيث إنّها تخضع للطفو المحايد، وستظل على هذا العمق[٤].
• الغواصون: يعد الغواصون مثالًا مهمًا على قانون الطفو ومفهوم قانون الطفو، حيث يعاني الغواصون من الطفو غير المستقر بسبب؛ الانضغاطية، وعادة يرتدي الغواصين حقيبة تستخدم للتحكم بالطفو، حيث يمكن ملؤها بالهواء للصعود لأعلى أو تفريغ الهواء للنزول للأسفل[٤].
• المنطاد:عندما يصل المنطاد لارتفاع معين ويؤدي هذا الارتفاع إلى استقرار المنطاد حيث من الممكن زيادة ارتفاع المنطاد من خلال زيادة حجم الهواء وتقليل الضغط، وأطلق على المنطاد هذا الاسم بسبب استخدم توازن الهواء والغازات الذي يجبره على الطفو[٤].

المراجع[+]

1. ^ أ ب “Three Types of Buoyancy”, sciencing.com, Retrieved 19-11-2019. Edited.
2. ↑ “The buoyant force”, physics.bu.edu, Retrieved 19-11-2019. Edited.
3. ^ أ ب ت “explanation-difference-between-viscosity-buoyancy”, sciencing.com, Retrieved 19-11-2019. Edited.
4. ^ أ ب ت ث “Buoyancy”, www.wikiwand.com, Retrieved 19-11-2019. Edited.