المحتوى

• خطوات
• نصائح
• المواد اللازمة

الدفع هو القوة التي تعمل في الاتجاه المعاكس لاتجاه الجاذبية والتي تؤثر على جميع الأجسام المغمورة في السائل. عندما يتم وضع جسم ما في سائل ، فإن وزنه يدفع السائل (سائل أو غاز) ، بينما تدفع قوة الطفو الجسم لأعلى ، وتعمل ضد الجاذبية. بشكل عام ، يمكن حساب هذه القوة باستخدام المعادلة F_ب = V._س × د × ز، حيث F_ب هي قوة الطفو ، V._س هو الحجم المغمور ، و D هي كثافة السائل الذي يتم فيه غمر الجسم و g هي قوة الجاذبية. لمعرفة كيفية تحديد اتجاه الكائن ، راجع الخطوة 1 للبدء.

خطوات

طريقة 1 من 2: استخدام معادلة قوة الطفو

1. 

   ابحث عن الحجم من الجزء المغمور من الجسم. تتناسب قوة الطفو المؤثرة على جسم ما بشكل مباشر مع حجم الجسم المغمور. بمعنى آخر ، كلما كان الجسم أكثر صلابة ، زادت قوة الطفو المؤثرة عليه. هذا يعني أنه حتى الأشياء التي تغرق في سائل لها قوة تدفعها لأعلى. لبدء حساب هذه الشدة ، فإن الخطوة الأولى هي تحديد حجم الجسم المغمور. بالنسبة للمعادلة ، يجب أن تكون هذه القيمة بالأمتار.
   • بالنسبة للكائنات المغمورة تمامًا في السائل ، يكون الحجم المغمور هو نفسه الكائن. بالنسبة لأولئك الذين يطفون على سطح السائل ، لا يؤخذ في الاعتبار إلا الحجم الموجود أسفل السطح.
   • كمثال ، لنفترض أننا نريد إيجاد قوة الطفو المؤثرة على كرة مطاطية تطفو في الماء. إذا كانت الكرة كرة كاملة ، يبلغ قطرها مترًا واحدًا ، وتطفو في نصفين في الماء ، فيمكننا إيجاد حجم الجزء المغمور بإيجاد الحجم الكلي للكرة والقسمة على اثنين. نظرًا لأن حجم الكرة مُعطى بواسطة (4/3) (نصف القطر) ، فمن المعروف أنه سيكون لدينا نتيجة (4/3) π (0.5) = 0.524 متر. 0.524 / 2 = 0.262 متر مغمورة.

2. 

   
   
   ابحث عن كثافة السوائل. الخطوة التالية في عملية إيجاد قوة الطفو هي تحديد الكثافة (بالكيلوجرام / متر) التي يكون الجسم مغمورًا بها. الكثافة هي مقياس للجسم أو الوزن النسبي للمادة حسب الحجم. بالنظر إلى كائنين متساويين في الحجم ، فإن الجسم الأكثر كثافة هو الأكثر وزنًا. كقاعدة عامة ، كلما زادت كثافة السائل ، زادت قوة الطفو التي يبذلها. بالنسبة للسوائل ، من الأسهل بشكل عام تحديد الكثافة بالنظر إلى المواد المرجعية.
   • في مثالنا ، الكرة تطفو في الماء. بالتشاور مع قوة أكاديمية ، يمكننا أن نجد أن كثافة المياه على وشك 1000 كيلو / متر.
   • يتم سرد كثافات السوائل الشائعة الأخرى في المصادر الهندسية. يمكن العثور على هذه القائمة هنا.

3. 

   
   
   أوجد قوة الجاذبية (أو قوة أخرى لأسفل). سواء كان الجسم عائمًا أو مغمورًا تمامًا ، فإنه يخضع دائمًا لقوة الجاذبية. في العالم الحقيقي ، هذه القوة الثابتة تساوي 9.81 نيوتن / كغم. ومع ذلك ، في الحالات التي تعمل فيها قوة أخرى ، مثل جهاز الطرد المركزي ، على السائل والجسم المغمور ، يجب أيضًا اعتبارها لتحديد إجمالي القوة الهابطة.
   • في مثالنا ، إذا كنا نتعامل مع نظام عادي وثابت ، فيمكننا افتراض أن القوة الوحيدة المؤثرة هي قوة الجاذبية المذكورة أعلاه.
   • ومع ذلك ، ماذا لو كانت الكرة تطفو في دلو من الماء ، وتدور بسرعة كبيرة في دائرة أفقية؟ في هذه الحالة ، بافتراض أن الدلو يدور بسرعة كافية لضمان عدم سقوط كل من الماء والكرة ، فإن القوة الهابطة في هذه الحالة ستنشأ من قوة الطرد المركزي الناتجة عن حركة الجرافة ، وليس بسبب جاذبية الأرض.

4. 

   
   
   اضرب الحجم × الكثافة × الجاذبية. عندما يكون لديك قيم لحجم الجسم (بالأمتار) ، وكثافة السائل (بالجنيه / متر) وقوة الجاذبية (أو القوة الهابطة للنظام الخاص بك) ، فإن إيجاد قوة الطفو أمر سهل. اضرب هذه الكميات الثلاث ببساطة لإيجاد القوة بوحدة النيوتن.
   • لنحل مثالنا بالتعويض عن قيمنا في المعادلة F_ب = V._س × د × ز. F_ب = 0.262 متر × 1000 كيلو / متر × 9.81 نيوتن / كيلو = 2570 نيوتن.

5. 

   اكتشف ما إذا كان الجسم يطفو بمقارنته بقوة الجاذبية. باستخدام معادلة قوة الطفو ، من السهل إيجاد القوة التي تدفع الجسم خارج المائع المغمور فيه. ومع ذلك ، مع القليل من العمل ، يمكنك أيضًا تحديد ما إذا كان الكائن سوف يطفو أو يغرق. ببساطة أوجد قوة الطفو للجسم (بمعنى آخر ، استخدم حجمه بالكامل كـ V_س) ، ثم أوجد قوة الجاذبية بالمعادلة G = (كتلة الجسم) (9.81 متر / ثانية). إذا كانت قوة الطفو أكبر من قوة الجاذبية ، فسوف يطفو الجسم. ولكن إذا كانت قوة الجاذبية أكبر ، فإنها ستغرق. إذا كانتا متطابقتين ، يقال إن الشيء "محايد".
   • على سبيل المثال ، لنفترض أننا نريد معرفة ما إذا كان برميل خشبي أسطواني يبلغ وزنه 20 كيلوغرامًا وقطره 0.75 مترًا وارتفاعه 1.25 مترًا سوف يطفو في الماء. هذا يتطلب بضع خطوات:
     • يمكننا إيجاد حجمه بالصيغة V = π (نصف القطر) (الارتفاع). V = π (0.375) (1.25) = 0.55 متر.
     • بعد ذلك ، بافتراض القيم الافتراضية للجاذبية وكثافة الماء ، يمكننا تحديد قوة الطفو في البرميل. 0.55 متر × 1000 كيلو / متر × 9.81 نيوتن / كيلو = 5395.5 نيوتن.
     • الآن ، علينا إيجاد قوة الجاذبية في البرميل. G = (20 كجم) (9.81 متر / ثانية) = 196.2 نيوتن. إنه أقل بكثير من قوة الطفو ، لذلك سوف يطفو البرميل.

6. 

   استخدم نفس الأسلوب عندما يكون السائل عبارة عن غاز. عند حل مشاكل ريبو ، تذكر أن السائل لا يجب أن يكون سائلاً. تعتبر الغازات أيضًا سائلة ، وعلى الرغم من انخفاض كثافتها مقارنةً بأنواع المواد الأخرى ، إلا أنها لا تزال قادرة على تحمل وزن بعض الكائنات. بالون الهيليوم البسيط هو دليل على ذلك. نظرًا لأن الغاز في البالون أقل كثافة من السائل المحيط ، فإنه يطفو!

طريقة 2 من 2: إجراء تجربة دفع بسيطة

1. 

   ضع كوبًا أو وعاءًا صغيرًا في وعاء أكبر. مع بعض الأدوات المنزلية ، من السهل رؤية مبادئ الطفو أثناء العمل! في هذه التجربة البسيطة ، سوف نوضح أن الجسم المغمور يتعرض للطفو ، حيث إنه يزيح حجمًا من السائل يساوي حجم الجسم المغمور. أثناء القيام بذلك ، نوضح أيضًا كيفية إيجاد قوة الطفو للتجربة. للبدء ، ضع وعاءًا صغيرًا ، مثل وعاء أو كوب ، في وعاء أكبر ، مثل وعاء أكبر أو دلو.

2. 

   املأ الحاوية من الداخل إلى الحافة. ثم املأ الحاوية الأكبر بالماء. تريد أن يكون مستوى الماء فوق الحافة دون أن ينقلب. كن حذرا! إذا سكبت الماء ، أفرغ الحاوية الأكبر قبل المحاولة مرة أخرى.
   • في هذه التجربة ، من الآمن افتراض أن كثافة المياه لها قيمة قياسية تبلغ 1000 كيلوجرام / متر. ما لم تكن تستخدم ماء مالحًا أو سائلًا مختلفًا ، فإن معظم أنواع المياه لها كثافة قريبة من المرجع.
   • إذا كان لديك قطارة ، فقد يكون من المفيد جدًا فحص مستوى الماء في الحاوية الداخلية.

3. 

   اغمر جسمًا صغيرًا. الآن ، ابحث عن جسم صغير يناسب الحاوية الداخلية ولن يتلفه الماء. أوجد كتلة هذا الجسم بالكيلوجرام (استخدم مقياسًا لهذا الغرض). ثم ، دون أن تبلل أصابعك ، اغمر الجسم في الماء حتى يبدأ في الطفو أو لم يعد بإمكانك حمله. يجب أن تلاحظ تسرب الماء من الحاوية الداخلية إلى الحاوية الخارجية.
   • لأغراض مثالنا ، لنفترض أننا نضع عربة ألعاب كتلتها 0.05 كجم داخل الحاوية الداخلية. لا نحتاج إلى معرفة حجم السيارة لحساب الدفع ، كما سنرى لاحقًا.

4. 

   اجمع المياه المسكوبة وقم بقياسها. عندما تغمر جسمًا في الماء ، يحدث إزاحة للماء ؛ إذا لم يحدث ذلك ، فلن يكون هناك مكان له للدخول إلى الماء. عندما يدفع السائل ، يدفع الماء للخلف ، مما يتسبب في الدفع. خذ الماء الذي سكبته وضعه في كوب قياس. يجب أن يكون حجم الماء مساويًا للحجم المغمور.
   • بمعنى آخر ، إذا كان الجسم يطفو ، فإن حجم الماء الذي تنسكب سيكون مساويًا لحجم الجسم المغمور في الماء. إذا غرق الجسم ، فإن حجم الماء المنسكب يساوي حجم الجسم بأكمله.

5. 

   احسب وزن الماء المنسكب. نظرًا لأنك تعرف كثافة الماء ويمكنك قياس الحجم المسكوب ، يمكنك إيجاد الكتلة. ما عليك سوى تحويل الحجم إلى أمتار (يمكن أن تكون أداة التحويل عبر الإنترنت ، مثل هذه ، مفيدة) وضربها في كثافة الماء (1000 كيلوغرام / متر).
   • في مثالنا ، لنفترض أن عربتنا غرقت وتحركت حوالي ملعقتين كبيرتين (0.00003 متر).لإيجاد كتلة الماء ، نضربها في كثافتها :: 1000 كيلوغرام / متر × 0.00003 متر = 0.03 كيلو.

6. 

   قارن الحجم المزاح بكتلة الجسم. الآن بعد أن عرفت الكتلة المغمورة والكتلة النازحة ، قارنها لترى أيهما أكبر. إذا كانت كتلة الجسم المغمور في الحاوية الداخلية أكبر من كتلة الماء المزاحة ، فيجب أن تكون قد غرقت. ولكن إذا كانت كتلة الماء المزاحة أكبر من ، فلا بد أن الجسم طاف. هذا هو مبدأ الطفو. لكي يطفو جسم ما ، يجب أن يحل محل كتلة من الماء أكبر من تلك الموجودة في الجسم.
   • ومع ذلك ، فإن الأجسام ذات الكتل الأقل ولكن ذات الأحجام الأكبر هي الكائنات التي تطفو في الغالب. هذه الخاصية تعني أن الكائنات المجوفة تطفو. فكر في زورق. يطفو لأنه مجوف ، لذا يمكنه تحريك الكثير من الماء دون الحاجة إلى كتلة كبيرة. إذا كانت الزوارق صلبة ، فلن تطفو جيدًا.
   • في مثالنا ، كتلة السيارة 0.05 كجم ، أكبر من الماء المزاح ، 0.03 كجم. هذا يؤكد نتيجتنا: السيارة تغرق.

نصائح

• استخدم مقياسًا يمكن وصفه بعد كل قراءة للمساعدة في الحصول على قياسات دقيقة.

المواد اللازمة

• كوب صغير أو وعاء
• وعاء كبير أو دلو
• جسم صغير لغمره (مثل كرة مطاطية)
• كوب القياس