عند وضع قطعة من الخشب فوق سطح الماء، ستطفو فوقه، ومهما حاولت إغراقها فهي ستعود إلى سطح الماء في كل مرة، لكن لماذا يطفو الخشب فوق الماء؟
لمعرفة الإجابة على السؤال السابق، يجب علينا في البداية التعرف على بعض المفاهيم الهامة.
لماذا يطفو الخشب فوق الماء؟
يمكن للمواد أن تطفو على سطح الماء عندما تكون كثافتها أقل من كثافة الماء، وهي تغرق في الماء في حال كانت كثافتها أعلى من كثافة الماء.
في هذه الحالة، فإن كثافة الخشب أقل من كثافة الماء، لذا عند وضعه على سطح الماء، سيطفو الخشب فوق الماء.
لكن ما هي الكثافة؟
الكثافة هي مصطلح يعبر عن كمية المادة الموجودة في وحدة الحجم لتلك المادة. كما أنها تعبر عن مدى تراض الجزيئات المكونة لهذه المادة. يتم قياسها باستخدام وحدة غرام لكل سنتمتر مكعب.
تكون جزيئات المواد ذات الكثافة العالية متراصة ومتقاربة بشكل أكبر من المواد ذات الكثافة المنخفضة. حيث أن جزيئات المادة ذات الكثافة المنخفضة تكون متباعدة.
بالنسبة للماء، فإن كثافته تساوي 0.99 غم/سم3.
في المقابل، أي مادة تمتلك كثافة أقل من كثافة الماء، مثل الخشب، ستطفو فوق سطحه. في حين أن المواد التي تمتلك كثافة أعلى من كثافة الماء ستغرق فيه.
إقرأ أيضاً… تعريف أنواع السرعة المختلفة في الفيزياء.
العوامل التي تؤثر في الكثافة.
ترتبط كثافة جسم ما بعاملين أساسيين:
- الكتلة: وهي كميّة المادة التي تكون موجودة في الجسم، ويتم قياسها بوحدة غم أو كغ؛ كلما زادت كتلة هذه المادة زادت كثافتها.
- الحجم: وهو مقدار الحيّز الذي يشغله الجسم، ويتم قياسه بوحدة م³ أو سم³.
من الجدير بالذكر أيضاً أن الأجسام الصلبة يتم تصنيفها إلى نوعين:
- أجسام مصمتة: بالنسبة لهذه الأجسام، فهي تطفو على سطح الماء عندما تكون كثافتها أقل من كثافة الماء. في المقابل، إذا كانت كثافتها أكبر من كثافة الماء، سينتهي الأمر بها بالغرق في الماء.
- أجسام مجوفة:بالنسبة لهذه الأجسام، يتم حساب كثافتها الإجمالية، ويقصد بذلك النسبة بين كتلتها إلى حجمها. في حال كانت الكثافة الكلية لهذا الأجسام أقل من كثافة الماء، فهي ستطفو فوق سطحه. وفي حال كانت كثافتها الإجمالية أكبر من كثافة الماء، سينتهي الأمر بها بالغرق.
إقرأ أيضاً… أضرار كثرة شرب الماء: 10 مخاطر يسببها الإفراط في شرب الماء.
قاعدة ارخميدس.
بعد الحديث عن الكثافة وكيفية طفو المواد، من الجدير بالذكر أن العالم ارخميدس كان أول من فكر في دراسة الأجسام التي تطفو فوق الماء.
حدد ارخميدس هذا المفهوم في قاعدة الطفو التي تنص على أن “الجسم المغمور في سائل يفقد من وزنه بمقدار وزن السائل الذي تمت إزاحته”.
يعود الفضل إلى هذه القاعدة في تصنيع السفن التي يمكنها التنقل فوق سطح الماء دون الغرق. كذلك في تصنيع الغواصات التي يمكنها النزول والصعود داخل الماء والطفو على سطحه.
ساعد مفهوم الطفو على ابتكار العديد من التطبيقات العملية مثل:
- قياس كثافة السوائل المجهولة: وذلك من خلال جهاز الهيدروميتر الذي يقيس كثافة السوائل المجهولة، وذلك بالاستناد على مبدأ الأجسام المغمورة جزئياً في السائل.
- بناء السفن: تمكن البشر من صناعة السفن بطريقة تمكنها من الطوف فوق سطح الماء، وذلك عن طريق جعل التجويف الداخلي لها كبيراً. لذا فإن كثافتها الكلية تكون أقل من كثافة الماء.
- صناعة الغواصات: ويتم ذلك عن طريق بناء هيكل معدني يمتلك تجويفاً كبيراً، مما يجعل كثافته الكلية أقل من كثافة الماء. ولتتمكن الغواصة من الغوص في الماء يتم وضع خزانات ماء داخلها. عندما يتم ملء الخزانات ستغوص الغواصة. وعند إفراغها ستطفو إلى السطح من جديد.
