المناهج

قوانين الطفو لأرخميدس

 اسباب طفو الشعر الطويل على سطح الماء

مسامية الشعر

إذا كان الشعر مساميًا ، فإنه يمتص كمية من الماء أكثر مما لو لم يكن مساميًا ،  لذلك :

  • إذا كان شعرك يطفو على السطح ، فهذا يعني أن شعرك منخفض المسامية ، مما يعني أن الطبقة الخارجية متماسكة جدًا ويصعب على الشعر امتصاص الرطوبة ، إذا غاص الشعر إلى أسفل بسرعة ، فهذا يعني أن المسامية عالية ، إذا استغرق الأمر وقتًا لطيفًا في السقوط في القاع ، فإن مساميته الطبيعية ، وإذا لم تغرق على الإطلاق وتطفو فقط على السطح ، فهي منخفضة المسامية.
  • قد يغرق الشعر المسامي لأنه يمتص الماء ويصبح ثقيلًا ، بسبب تشبع فروة الرأس بالماء ، وتخلل الماء إلى جذور الشعرة ، والذي ينتقل تدريجيًا وبشكل سريع إلى الشعرة نفسها ، فيزيد من كثافتها وبالتالي غوصها في الماء ،  أي أن وزن الماء الذي يمتصه الشعر يطغى على قوة التوتر السطحي (بين جزيئات الماء) الذي يبقي الشعر معلقًا فوق الماء ، قوى التماسك بين الجزيئات السائلة هي المسؤولة عن الظاهرة المعروفة باسم التوتر السطحي ، يمكن تعريف التوتر السطحي على أنه خاصية سطح السائل التي تسمح له بمقاومة قوة خارجية ، بسبب الطبيعة المتماسكة لجزيئات الماء.

منتجات العناية بالشعر

منجات العناية بالشعر مثل البلسم و زيت جوز الهند وإضافة جل الشعر لأن هذه الإضافات يمكن أن تغير السلوك الطافي للشعر ، عند إضافة منتجات العناية لاحظ كيف يتفاعل الشعر مع الماء،  مع الزيت ، يغرق الشعر في البداية عند غمسه ثم يتم غمر كل الشعر ، لكنه طاف بعد ذلك لأن زيت جوز الهند يصد الماء ،  مع البلسم ، طاف الشعر غير المغمس عندما كان غارقًا جزئيًا ولكن الشعر المبلل غرق في البداية ، ثم طاف مع زيادة وزن الشعر وثقله النوعي مقارنةً بالماء ، وظهور المكيفات المقاومة للماء أفضل من عليه ، كان جل الشعر في هذه الحالة مشابهًا للشعر غير المعالج  ،على الرغم من أن جل الشعر يمكن أن يجعل الشعر أكثر جذبًا للماء.

قوانين الطفو لأرخميدس

إذا كان وزن الماء المزاح أقل من وزن الجسم ، فسيغرق الجسم ، وإلا فسوف يطفو الجسم ، مع إزاحة وزن الماء مع وزن الجسم ، ينص مبدأ أرخميدس على ما يلي:

“قوة الطفو الصاعدة التي تمارس على جسم مغمور في سائل ، سواء كان مغمورًا جزئيًا أو كليًا ، تساوي وزن السائل الذي يزيحه الجسم ويعمل في الاتجاه التصاعدي في مركز كتلة السائل المزاح” .

يتم إعطاء قيمة قوة الدفع بموجب قانون أرخميدس الذي  اكتشفه أرخميدس من سيراكيوز في اليونان مكتشف قانون الطفو ،  عندما يتم غمر جسم ما جزئيًا أو كليًا في سائل ما ، فإن الفقد الظاهري للوزن يساوي وزن السائل المزاح بواسطته.

وزن الناتج عن الجاذبية يعارضه الدفع الذي يوفره السائل. الجسم الموجود داخل السائل يشعر فقط بالقوة الكلية المؤثرة عليه كالوزن ، نظرًا لانخفاض قوة الجاذبية الفعلية بسبب اندفاع السائل ، يشعر الجسم كما لو أن وزنه قد انخفض. وبالتالي يتم إعطاء الوزن الظاهر من خلال:

الوزن الظاهر = وزن الجسم (في الهواء) – قوة الدفع (الطفو)

يخبرنا مبدأ أرخميدس أن فقدان الوزن هذا يساوي وزن السائل الذي يزيحه الجسم. إذا كان حجم الكائن V ، فإنه يزيح الحجم V من السائل عندما يكون مغمورًا بالكامل ،  إذا تم غمر جزء من الحجم فقط ، يمكن للكائن أن يزيح هذا القدر من السائل فقط.

قانون الطفو

ينص قانون الطفو قانون  لأرخميدس على أن قوة الطفو على جسم ما تساوي وزن السائل الذي أزاحه الجسم ، مكتوب رياضيا على النحو التالي:

Fb = ρ x g x V

  • Fb هي القوة الطافية .
  • ρ هي كثافة السائل .
  • V هو الحجم المغمور .
  • g هي عجلة الجاذبية .

قانون الطفو والغوص

مقدار قوة الطفو = وزن السائل المزاح

ما تقوله: أي جسم مغمور في سائل يتم رفعه بقوة مساوية لوزن السائل الذي أزاحه الجسم.

كيف يؤثر ذلك على الغواصين: يتكون جسم الإنسان من حوالي سبعين بالمائة من الماء ، هذا يعني أن تكوين أجسامنا يشبه الماء الذي نسبح فيه ويمنحنا ميلًا إلى أن نكون طافيين بشكل محايد ، عندما نضع في الاعتبار دهون الجسم أخيرًا ، يميل معظم الناس إلى أن يكونوا إيجابيين بشكل إيجابي ، العوامل التي تؤثر على طفو الناس هي دهون الجسم والعضلات وكثافة العظام وكثافة الماء نفسه، بسبب المعادن المذابة في المياه المالحة ، فإن المياه المالحة أكثر كثافة من المياه العذبة،بمعنى آخر ، سيكون الجسم أكثر انتعاشًا في الماء المالح منه في الماء العذب.

معدات الغوص التي تؤثر على الطفو:

  • أوزان الرصاص – للتعويض عن الطفو الإيجابي ، يرتدي الغواصون أوزانًا من أجل الغرق.
  • معوض الطفو – يسمح للغواص بضبط الطفو عن طريق إضافة الهواء أو طرحه.
  • بدلات النيوبرين المبللة – تساعد على عزل الغواص ، يتميز الجناح الرطب بالطفو بشكل إيجابي للغاية لأنه مليء بملايين الفقاعات الصغيرة.
  • خزانات الغوص – تغير خزانات الغوص من طفوها أثناء الغوص ،تكون أكثر ازدهارًا عند بدء الغوص ومليئة بالهواء والطفو الفضفاض حيث يستخدم الغواص الهواء .

قوة الطفو في السوائل

عندما نذهب للسباحة ، نشعر بقليل من انعدام الوزن في الماء ، والسبب في ذلك هو أن السوائل تمارس قوة صاعدة على الأشياء المغمورة فيها ، يُعرف هذا باسم الدفع وهو نتيجة للاختلاف في الضغط الذي يمارسه السائل على ارتفاعات مختلفة ، عندما نغمر جسمًا ما (معتبرين أنه مغمور بالكامل) في عمق سائل ، يستمر الضغط الذي يمارسه السائل في الازدياد ، لكن قوة الدفع تظل كما هي.

عندما ينغمس جسم ما في سائل ، تكون القوة الصاعدة على الجزء السفلي من الجسم أكبر من القوة الهابطة على الجزء العلوي من الجسم ، والنتيجة هي صافي قوة صاعدة (قوة طفو) على أي جسم في أي سائل ، إذا كانت قوة الطفو أكبر من وزن الجسم ، سيرتفع الجسم إلى السطح ويطفو ، إذا كانت قوة الطفو أقل من وزن الجسم ، فسيغرق الجسم ، إذا كانت قوة الطفو تساوي وزن الجسم ، فسيظل الجسم معلقًا عند هذا العمق ،تكون قوة الطفو موجودة دائمًا في السائل ، سواء كان الجسم يطفو أو يغرق أو يظل معلقًا.

قوة الطفو هي نتيجة الضغط الذي يمارسه السائل ،يندفع السائل على جميع جوانب الجسم المغمور ، ولكن مع زيادة الضغط مع العمق ، يكون الدفع أقوى على السطح السفلي للجسم منه في الجزء العلوي  ، يمكنك حساب قوة الطفو على جسم عن طريق جمع القوى المبذولة على جميع جوانب الجسم.

قاعدة أرخميدس للاجسام المغمورة

يعد مبدأ أرخميدس مفيدًا جدًا لحساب حجم جسم ليس له شكل منتظم ، يمكن غمر الجسم الغريب الشكل ، وحجم السائل المزاح يساوي حجم الجسم ، عندما يكون الجسم مغمورًا ، يقل وزنه بسبب قوة الطفو التي تدفع لأعلى.

عند الغمر في الماء أو أي سائل آخر ، أن الجسم يواجه قوة من الاتجاه الهبوطي المعاكس لاتجاه سحب الجاذبية ، وهو المسؤول عن انخفاض وزنه ، يمكن أن يكون هذا هو السبب في أن كرة من البلاستيك تطفو في الماء بدلاً من أن تغرق في القاعدة بسبب وزنها ، ولكن هنا أيضًا ، نلاحظ أن بعض الأشياء مثل الزجاجة البلاستيكية تطفو فوق الماء ، بينما تطفو أشياء أخرى مثل  طفو الابرة فوق سطح الماء .

السبب في وجود قوة طفو هو أن الجزء السفلي (أي الجزء المغمور) من الجسم يكون دائمًا أعمق في السائل من الجزء العلوي من الجسم ،  هذا يعني أن القوة الصاعدة من الماء يجب أن تكون أكبر من القوة الهابطة من الماء.

إن معرفة سبب وجود قوة طفو من الناحية المفاهيمية أمر جيد ، ولكن يجب أن نكون قادرين أيضًا على معرفة كيفية تحديد الحجم الدقيق لقوة الطفو أيضًا.

الطفو هو القوة التي تجعل الأشياء تطفو  إنها القوة التي تمارس على جسم مغمور جزئيًا أو كليًا في سائل ، يحدث الطفو بسبب الاختلافات في الضغط الذي يعمل على جوانب متقابلة من جسم مغمور في سائل ثابت ، تُعرف أيضًا باسم قوة الطفو ، الطفو هو ظاهرة ناتجة عن قوة الطفو.

السابق
الفرق بين الحيود والتداخل
التالي
ماهي المتطابقة في الرياضيات