معلومات

ما هي قوة الطفو؟ الأصول ، المبادئ ، الصيغ

ما هي قوة الطفو؟ الأصول ، المبادئ ، الصيغ



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

الطفو هو القوة التي تتيح للقوارب وكرات الشاطئ أن تطفو على الماء. المصطلح قوة الطفو يشير إلى القوة الموجهة نحو الأعلى التي يمارسها السائل (إما سائل أو غاز) على كائن مغمور جزئيًا أو كليًا في السائل. تفسر قوة الطفو أيضًا لماذا يمكننا رفع الأشياء تحت الماء بسهولة أكثر من الأرض.

الوجبات السريعة الرئيسية: قوة الطفو

  • يشير مصطلح "قوة الطفو" إلى القوة ذات الاتجاه التصاعدي التي يمارسها السائل على جسم مغمور جزئيًا أو كليًا في السائل.
  • تنشأ قوة الطفو من الاختلافات في الضغط الهيدروستاتيكي - الضغط الذي يمارسه السائل الثابت.
  • ينص مبدأ أرخميدس على أن القوة الطافية التي تمارس على جسم مغمور جزئيًا أو كليًا في مائع تساوي وزن المائع الذي يستبدل به الكائن.

لحظة يوريكا: أول ملاحظة للطفو

وفقًا للمهندس الروماني فيتروفيوس ، اكتشف عالم الرياضيات والفيلسوف اليوناني أرخميدس الطفو في القرن الثالث قبل الميلاد. بينما يحير حول مشكلة طرحها عليه الملك هييرو الثاني ملك سيراكيوز. شك الملك هيرو في أن تاجه الذهبي المصنوع على شكل إكليل ، لم يكن مصنوعًا من الذهب الخالص ، بل كان مزيجًا من الذهب والفضة.

يزعم أنه أثناء الاستحمام ، لاحظ أرخميدس أنه كلما زاد غرقه في الحوض ، زاد تدفق المياه منه. لقد أدرك أن هذا هو الحل لمشكلته ، وهرع إلى المنزل بينما كان يبكي "يوريكا!" وسقط كل واحد في وعاء مملوء إلى الحافة بالماء.

لاحظ أرخميدس أن الكتلة الفضية تسببت في تدفق مياه خارج الوعاء أكثر من الذهب. بعد ذلك ، لاحظ أن تاجه "الذهبي" تسبب في تدفق كمية أكبر من الماء خارج الوعاء من جسم الذهب الخالص الذي صنعه ، على الرغم من أن التاجين كانا لهما نفس الوزن. وهكذا ، أثبت أرخميدس أن تاجه يحتوي بالفعل على الفضة.

على الرغم من أن هذه الحكاية توضح مبدأ الطفو ، إلا أنها قد تكون أسطورة. لم يكتب أرخميدس القصة أبدا. علاوة على ذلك ، في الممارسة العملية ، إذا تم بالفعل استبدال كمية صغيرة من الفضة بالذهب ، فإن كمية المياه التي يتم نقلها ستكون أصغر من أن يتم قياسها بشكل موثوق.

قبل اكتشاف الطفو ، كان يعتقد أن شكل الكائن يحدد ما إذا كان سيعوم أم لا.

الطفو والضغط الهيدروستاتيكي

قوة الطفو تنشأ من الاختلافات في الضغط الهيدروليكي - الضغط الذي يمارسه السائل الثابت. سوف تواجه الكرة التي يتم وضعها أعلى في السائل ضغطًا أقل من نفس الكرة الموضوعة لأسفل. هذا بسبب وجود كمية أكبر من السوائل ، وبالتالي زيادة الوزن ، تؤثر على الكرة عندما تكون أعمق في السائل.

وبالتالي ، فإن الضغط في الجزء العلوي من الجسم أضعف من الضغط في القاع. يمكن تحويل الضغط إلى القوة باستخدام الصيغة Force = Pressure x Area. هناك قوة صافية تشير إلى الأعلى. هذه القوة الصافية - التي تشير إلى الأعلى بغض النظر عن شكل الكائن - هي قوة الطفو.

يتم إعطاء الضغط الهيدروستاتي بواسطة P = rgh ، حيث r عبارة عن كثافة السائل ، g تسارع بسبب الجاذبية ، و h هو عمق داخل السائل. لا يعتمد الضغط الهيدروستاتيكي على شكل السائل.

مبدأ أرخميدس

ال مبدأ أرخميدس ينص على أن القوة الطافية التي تمارس على جسم مغمور جزئيًا أو كليًا في مائع تساوي وزن المائع الذي تم إزاحته بواسطة الكائن.

يتم التعبير عن ذلك بواسطة الصيغة F = rgV ، حيث r هي كثافة السائل ، g تسارع بسبب الجاذبية ، و V هي حجم السائل الذي يتم إزاحته بواسطة الكائن. V يساوي فقط حجم الكائن إذا تم غمره بالكامل.

القوة المزدهرة هي قوة صعودية تعارض قوة الجاذبية الهبوطية. يحدد حجم قوة الطفو ما إذا كان جسم ما سيغرق أو يطفو أو يرتفع عندما يتم غمره في سائل.

  • سوف يغرق جسم ما إذا كانت قوة الجاذبية التي تعمل عليه أكبر من قوة الطفو.
  • سوف يطفو الجسم إذا كانت قوة الجاذبية التي تعمل عليه مساوية لقوة الطفو.
  • سيرتفع جسم ما إذا كانت قوة الجاذبية التي تعمل عليه أقل من قوة الطفو.

يمكن استخلاص العديد من الملاحظات الأخرى من الصيغة ، كذلك.

  • الأجسام المغمورة ذات الأحجام المتساوية ستحل محل نفس الكمية من السوائل وستختبر بنفس قوتها قوة الطفو ، حتى لو كانت الأجسام مصنوعة من مواد مختلفة. ومع ذلك ، ستختلف هذه الكائنات في الوزن وسوف تطفو أو ترتفع أو تغرق.
  • الهواء ، الذي تقل الكثافة بحوالي 800 مرة عن الماء ، سوف يواجه قوة أقل بكثير من الماء.

مثال 1: مكعب مغمور جزئيًا

مكعب بحجم 2.0 سم3 غارقة في منتصف الطريق إلى الماء. ما هي القوة المزدهرة التي يعاني منها المكعب؟

  • نحن نعلم أن F = rgV.
  • r = كثافة الماء = 1000 كجم / م3
  • g = تسارع الجاذبية = 9.8 م / ث2
  • V = نصف حجم المكعب = 1.0 سم3 = 1.0*10-6 م3
  • وبالتالي ، F = 1000 كجم / م3 * (9.8 م / ث2) * 10-6 م3 = .0098 (كجم * م) / ثانية2 = .0098 نيوتن.

مثال 2: مكعب مغمور بالكامل

مكعب بحجم 2.0 سم3 مغمورة بالكامل في الماء. ما هي القوة المزدهرة التي يعاني منها المكعب؟

  • نحن نعلم أن F = rgV.
  • r = كثافة الماء = 1000 كجم / م 3
  • g = تسارع الجاذبية = 9.8 م / ث2
  • V = حجم المكعب = 2.0 سم3 = 2.0*10-6 M3
  • وبالتالي ، F = 1000 كجم / م3 * (9.8 م / ث2) * 2.0 * 10-6 م3 =. 0196 (كجم * م) / ثانية2 =. 0196 نيوتن.

مصادر

  • بيلو ، ديفيد. "حقيقة أم خيال ؟: صاغ أرخميدس المصطلح" يوريكا! " في الحمام." العلمية الأمريكية، 2006 ، //www.scientificamerican.com/article/fact-or-fiction-archimede/.
  • "الكثافة ، درجة الحرارة ، الملوحة." جامعة هاواي، //manoa.hawaii.edu/exploringourfluidearth/physical/density-effects/density-temperature-and-salinity.
  • روريس ، كريس. "التاج الذهبي: مقدمة". جامعة ولاية نيويورك، //www.math.nyu.edu/~crorres/Archimedes/Crown/CrownIntro.html.


شاهد الفيديو: تعليم السباحة للمبتدئين المرحلة الاولي عمليه الطفو (أغسطس 2022).