تشرح هذه المقالة ما هو الطفو. سوف تجد الأنواع المختلفة للطفو والعلاقة بين الطفو والكثافة. بالإضافة إلى ذلك، سوف تكون قادرًا على رؤية التطبيقات الواقعية لهذا المفهوم العلمي.
ما هو الطفو؟
الطفو هو قدرة الجسم على الطفو، أي قدرة الجسم على البقاء في حالة توازن داخل السائل.
لكي يطفو جسم ما في مائع، يجب أن تكون القوة الناتجة عن الضغط الذي يمارسه المائع على الجسم مساوية لقوة وزن الجسم.
في بعض الأحيان، عند غمر جسم ما في الماء (أو أي سائل آخر)، يرتفع الجسم شيئًا فشيئًا حتى يطفو على السطح. وذلك لأن القوة المؤثرة على الجزء السفلي من الجسم أكبر من قوة وزن الجسم بالإضافة إلى الضغط المؤثر على الجزء العلوي. في هذه الحالة، سيرتفع الجسم حتى تتساوى القوة أعلاه والقوة أدناه.
ولذلك، فإن سبب طفو الجسم ليس الكثافة، بل توازن القوى بين الضغط الرأسي الصاعد المطبق على قاعه وقوة وزنه. ومع ذلك، يمكن أن ترتبط كثافة الجسم بقدرته على الطفو، وهو ما سيتم شرحه بمزيد من التفصيل أدناه.
الطفو ومبدأ أرخميدس
ينص مبدأ أرخميدس على أن الجسم المغمور كليًا أو جزئيًا في السائل يتلقى قوة رأسية لأعلى تعادل وزن السائل المزاح عند إدخال الجسم المذكور في السائل.
ولذلك، فإن قوة الطفو التي يؤثر بها السائل على الجسم تساوي وزن السائل الذي أزاحه عند دخوله.
لذلك، وفقًا لمبدأ أرخميدس، لكي يطفو الجسم، يجب أن يزيح كمية من السائل وزنها يعادل وزن الجسم نفسه.
أنواع الطفو
ضمن مفهوم الطفو نميز بين ثلاثة أنواع من الطفو حسب حركتها.
- الطفو الإيجابي : يميل الجسم إلى الارتفاع داخل السائل، فيكون الضغط الذي يمارسه السائل أكبر من قوة وزن الجسم.
- الطفو السلبي : يميل الجسم إلى النزول في السائل، أي يغوص الجسم. وهذا يعني أن قوة الوزن أكبر من قوة الطفو.
- الطفو المحايد: يكون الجسم في حالة توازن داخل السائل، أي يظل الجسم معلقًا داخل السائل. في هذه الحالة، القوة الرأسية الموجبة التي يطبقها السائل على الجسم تعادل وزنه.
العلاقة بين الطفو والكثافة
وبالنظر إلى تعريف الطفو، سنرى في هذا القسم كيفية ارتباط الكثافة والطفو.
ترتبط طفو الجسم في السائل بكثافة الجسم وكثافة السائل. إذا كانت كثافة الجسم أقل من كثافة السائل، فإن الجسم سوف يطفو على السائل، أما إذا كانت كثافة الجسم أكبر من كثافة السائل، فلن يطفو الجسم ويغرق.
على سبيل المثال، كثافة الماء حوالي 1000 كجم/ م3 ، فإذا كانت كثافة الجسم أكبر من 1000 كجم/ م3 ، فإنه سوف يغوص في الماء. أما إذا كانت كثافة الجسم أقل من 1000 كجم/ م3 فإن الجسم سوف يطفو.
من الضروري التأكيد على الفرق بين كتلة الجسم وكثافته، لأن الكتلة لا تحدد طفو الجسم، بل الكثافة. من الممكن أن يكون جسمًا يزن كثيرًا ولكن حجمه كبير جدًا، مما يؤدي إلى انخفاض كثافته وبالتالي طفوه.
تطبيقات الطفو
أخيرًا، لفهم معنى الطفو بشكل كامل، دعونا نرى كيف يتم استخدامه في العالم الحقيقي.
منطقيا، الطفو هو مفهوم مهم جدا في الهندسة، وخاصة في تصميم الهياكل أو السفن تحت الماء، مثل السفن أو الغواصات.
لكن الطفو لا ينطبق فقط على السوائل، بل يمكن أن يطفو الجسم أيضًا في الغاز. عند تصميم بالونات الهواء الساخن أو السفن المحمولة جوا، من الضروري دراسة الطفو.
وبالمثل، لتعلم الغوص من الضروري أن يكون لديك على الأقل بعض المعرفة بالطفو.