تعريف مبدأ أرخميدس
ينص مبدأ أرخميدس على أن "قوة الطفو التي تؤثر على جسم مغمور في مائع، سواء كان مغمورًا جزئيًا أو كليًا، تساوي وزن المائع الذي يزيحه الجسم".[١]
يوضح مبدأ أرخميدس، وهو القانون الفيزيائي للطفو، الذي اكتشفه عالم الرياضيات اليوناني القديم والمخترع أرخميدس، أن أي جسم مغمور كليًا أو جزئيًا في مائع (غاز أو سائل) تؤثر عليه في في حالة السكون قوة طفو للأعلى، يساوي مقدارها وزن السائل الذي أزاحه الجسم، ويعادل حجم السائل المزاح حجم الجسم المغمور بالكامل في سائل، أو يعادل جزء من حجم جسم مغمور جزئيًا في فيه.[٢][٣]
على سبيل المثال، تطفو السفينة في الماء حين يتساوى وزن الماء الذي تزيحه مع وزنها، وإذا زاد وزن السفينة، تغرق في الماء، مما يؤدي إلى إزاحة حجم أكبر من المياه، وبالتالي فإن مقدار قوة الطفو يساوي وزن السفينة وحمولتها.[٢][٣]
تجربة عملية على مبدأ أرخميدس
فيما يلي تجربة عملية يمكن عملها لفهم مبدأ أرخميدس:[١]
- خذ وعاء مملوء بالماء حتى حافته.
- خذ الآن أي جسم صلب تريده وقم بقياس وزنه باستخدام ميزان زنبركي.
- أبقِ الجسم متصلًا بميزان الزنبرك واغمره في الماء، وتأكد من عدم غمر ميزان الزنبرك في الماء؛ أي أبقيه خارج الماء.
- دوّن الوزن الذي يظهره الميزان، وستلاحظ أنه أقل من الوزن الذي تم قياسه في البداية.
- سينسكب (يفيض) جزءًا من الماء خارج الوعاء، اجمع هذه المياه ووزنها، ستجد أن وزن الماء سيكون مساويًا تمامًا لوزن الجسم.
قانون مبدأ أرخميدس
في شكل بسيط، ينص قانون أرخميدس على أن قوة الطفو على جسم ما تساوي وزن السائل الذي أزاحه الجسم، ويعبر عنه رياضيًا على النحو الآتي:[١]
حيث إن:
: قوة الطفو.
ρ: كثافة السائل.
g: التسارع الجاذبية.
V: الحجم المغمور.
مثال:
احسب القوة الناتجة إذا كانت كرة فولاذية نصف قطرها 6 سم مغمورة في الماء.
الحل:
- نصف قطر الكرة الفولاذية = 6 سم = 0.06 م
- حجم الكرة الفولاذية،
V = (4/3) π (0.06)^3
V = 9.05 × 10-4
- كثافة الماء: ρ = 1000 كجم م^-3
- التسارع الجاذبية: g = 9.8
ومن صيغة أرخميدس الأساسية،
Fb = ρ × g × V.
Fb = (1000) (9.8) (9.05 × 10-4)
∴ Fb = 8.87 نيوتن
تطبيقات على مبدأ أرخميدس
فيما يلي تطبيقات على مبدأ أرخميدس:[٣][١]
- الغواصة: يرجع السبب وراء بقاء الغواصات تحت الماء هو أنها تحتوي على مكون يسمى خزان الصابورة الذي يسمح بدخول الماء؛ مما يزيد وزن الغواصة لتصبح أكبر من قوة الطفو.
- المنطاد: يرجع سبب ارتفاع بالونات الهواء الساخن، حيث تطفو في الهواء هو أن قوة طفو منطاد الهواء الساخن أقل من الهواء المحيط، وعندما تزداد قوة طفو منطاد الهواء الساخن، يبدأ المنطاد في الهبوط، يتم ذلك عن طريق تغيير كمية الهواء الساخن في البالون.
وفيما يأتي بعض العناوين المشابهة وذات صلة بعنوان المقال:
المراجع
- ^ أ ب ت ث "Archimedes Principle", byjus, Retrieved 20/7/2022. Edited.
- ^ أ ب "Archimedes’ principle", britannica, Retrieved 20/7/2022. Edited.
- ^ أ ب ت "Archimedes’ Principle and Buoyancy"، phys libretexts، اطّلع عليه بتاريخ 20/7/2022. Edited.
