الرئيسية > السؤال
السؤال
سؤال عن قانون الطفو
السلام عليكم
هل للطفو صيغة قانون مثل>>المسافة=السرعه ×الزمن
الرجاء الإجابة بسرعه علشان الإختبار بكرة
الفيزياء | الفتاوى | العلوم 9‏/10‏/2010 تم النشر بواسطة sososmo.
الإجابات
1 من 1
اهلا انا خبير لدا جمعية ناشيونال جيوغرافيك، نعم
قاعدة أرشميدس و قواعـد الطفو

لاشك أن  كل من حاول أن يغمر كرة فى الماء قد شعر بقوة كبيرة يدفع بها الماء الكرة إلى أعلى. كذلك نشاهد أن بعض المواد مثل الفلين تطفو فوق الماء. و من المشاهدات أيضا أن الجسم المغمور فى الماء أو فى السائل بصفة عامة يمكن رفعه بسهولة طالما كان مغمورا فى السائل بينما يكون من الصعب رفعه فى الهواء. كل هذه الملاحظات تؤكد أن هناك قوة يؤثر بها السائل على الجسم المغمور فيه و تعمل هذه القوة إلى أعلى.
و تسمى هذه القوة قوة الدفع buoyant force و تنشأ هذه القوة نتيجة لزيادة الضغط فى باطن السائل بزيادة العمق تحت سطح السائل،  فينشأ بذلك فرق فى الضغط بين أسفل الجسم و قمته و بالتالى قوة تعمل إلى أعلى.

إثبات أن قوة دفع الســائل للجسم تساوى وزن السائل المزاح
نتصور سائلا فى إناء و نتصور حجما من هذا السائل  قدره V على شكل اسطوانة مساحة مقطعها A و ارتفاعها h  أى أن   V = Ahو الآن ندرس القوى التى تؤثر على هذه الاسطوانة من السائل. القوى التى تؤثر على الاسطوانة تنشأ عن الضغط. و لما كان ضغط
السائل يؤثر فى جميع الاتجاهات فإن الاسطوانة تؤثر عليها قوى من جميع الجهات و يمكن تقسيمها إلى قوى أفقية و قوى رأسية .

القوى الأفقية: تلاشى بعضها البعض. وذلك لأن الضغط عند جميع النقاط التى تكون فى مستوى واحد فى باطن السائل يكون واحدا.



القوى الرأسية: يؤثر على هذه الاسطوانة قوة إلى أسفل هى ثقلها أو وزنها w    حيث :
w = Ahrg  حيث r  هى كثافة السائل.
وحيث أن السائل ساكن فإن القوة إلى أسفل تتعادل مع القوة Fb  التى تنشأ عن فرق الضغط بين السطحين السفلى و العلوى للاسطوانة و إذا رمزنا لفرق الضغط بالرمز P  فإن :
  Fb = PA = (P2  -  P1) A
حيث p2  ضغط السائل على السطح السفلى للاسطوانة و p1  االضغط على السطح العلوى . أى أن فرق الضغط يساوى :
P = h2rg  - h1 rg   = hrg
Fb = Ahrg   =  Vrg
و تتساوى هذه القوة التى تؤثر إلى أعلى مع ثقل السـائل فى الحجم V   إلى أسفل :  
Fb  =  w  = Vrg
من العلاقة الأخيرة نجد أن قوة الدفع تساوى وزن اسطوانة السائل و تعمل إلى أعلى.

العلاقة بين وزن الجسم فى الهواء و وزنه و هو مغمــور فى السائل :
نفرض أننا غمرنا جسما على شكل اسطوانة مثلا فى سائل فإن الضغط المؤثر على السطح السفلى للاسطوانة إلى أعلى يكون أكبر من الضغط المؤثر على السطح العلوى للاسطوانة إلى أسفل و تكون محصلة القوتين الناشئتين عن الضغط إلى أعلى و تسمى قوة الدفع Fb  و هى تساوى وزن السائل الذى يزيحه الجسم و تضاد ثقل الجسم   Ws و تكون القوة المحصلة التى تؤثر على الجسم مساوية F  حيث :
F  =  Fb  -  Ws  = Vrg   - Vrsg  = (r - rs) Vg

حيث rs  هى كثافة مادة الجسـم

و حسب قيمة المحصلة  F واتجاهها فإن الجسم المغمور فى سائل يكون فى احدى ثلاث حالات :
الحالة الأولى : عندما تكون F = 0  أى أن Fb  = Ws  تتعادل قوة الدفع إلى أعلى مع وزن الجسم و يظهر الجسم معلقا فى السائل .
الحالة الثانية: إذا كانت المحصلة F إلى أسفل أى أن Ws > Fb أى أن وزن الجسم إلى أسقل أكبر من قوة الدفع إلى أعلى و يغوص الجسم إلى القاع و الجسم الذى يغوص فى السائل تؤثر عليه قوة دفع و لكنها لا تكفى لتعادل وزنه.
وإذا علق الجسم و هو مغمور بأكمله فى السائل فى ميزان فإن وزنه و هو مغمور فى السائل W’s يساوى  الفرق بين وزنه فى الهواء و قوة الدفع أى أن
W’s = Ws – Fb  
الحالة الثالثة : إذا كانت المحصلة F  إلى أعلى أى أن  قوة الدفع إلى أعلى أكبر من وزن الجسم Fb > Ws  فى هذه الحالة يطفو الجسم و يستقر فوق سطح السائل بحيث يطفو جزء منه و ينغمر جزء منه فى السائل بحيث يكون وزن الجسم مساويا  وزن السائل الذى يزيحه الجزء المغمور من الجسم و يسمى هذا بقانون الطفو أو قاعدة الطفو .

قاعدة ارشميدس :
من التجارب التى أجراها أرشميدس توصل إلى القاعدة التالية :
إذا غمر جسم جزئيا أو كليا فى سائل فإنه يكون مدفوعا من أسفل إلى أعلى بقوة دفع تساوى وزن السائل الذى يزيحه الجسم و حجم هذا السائل يساوى جحم الجسم أو الجزء المغمور منه فى السائل .

تطبيقات على قانون الطفو
*  طفو السفينة فوق الماء:
توضح قاعدة الطفو كيف تطفو السفينة المصنوعة من الصلب فوق الماء. السبب فى ذلك هو أن جسم السفينة الأجوف ينغمر فى الماء و يزيح كمية كبيرة من  الماء إلى أن  يتساوى وزن الماء المزاح أى قوة الدفع مع وزن السفينة و تطفو السفينة . أما الحجر  المصمت  الذى يلقى فى الماء فهو يلقى أيضا دفعا إلى أعلى و لكن قوة الدفع تكون أقل من وزن الحجر فيغوص الحجر إلى القاع.

*  ارتفاع البالون فى الجو:
يملأ البالون بالهواء الساخن أو بغاز أقل كثافة من الهواء مثل الهيدروجين أو الهليوم و يكون وزن البالون فى هذه الحالة أقل من وزن الهواء الذى يزيحه أى أقل من قوة الدفع فيرتفع البالون إلى أعلى و حيث أن كثافة الهواء الجوى تقل مع الارتفاع فإن البالون يستمر فى الارتفاع إلى أن تقل قوة الدفع إلى القيمة التى تتساوى فيها مع وزن البالون.

* اسقرار الاجسام الطافية :
سبق ان ذكرناأنه عندما يطفو جسم فوق سطح سائل فإنه طبقا لقاعدة أرشميدس فأن الجسم سوف تؤثر عليه قوة دفع إلى أعلى تساوى وزن السائل المزاح الذى يساوى حجمه حجم الجزء المغمور من الجسم . وحيث أن الجسم فى حالة اتزان فإن قوة الدفع المؤثر ة عليه إلى أعلى تساوى وزنه إلى أسفل. ويؤثر وزن الجسم w  إلى اسفل خلال مركز ثقله G بينما تؤثر قوة الدفع  Fb إلى أعلى خلال مركز ثقل السائل المزاح B كما فى شكل (1).والآن نفرض ان الجسم الطافى عبارة عن سفينة تطفو فوق الماء . إذا مالت هذة السفينة يلزم لإعادة استقرارها أن تعمل القوتان المؤثرتان عليها لإعادتها إلى وضعها الأصلى . و الشكل (ب)يوضح سفينه مالت فى اتجاه عقارب الساعة . نلاحظ فى هذه الحالة أن مركز ثقل الماء المزاح قد تحرك واصبح عند النقطة 'B وتؤثر قوة الدفع Fb  هذه الحالة إلى اعلى على الخط المار بنقطة 'B من الشكل نجد ان القوتين Fbوw متضادتان ومتوازيتان وخط عملهما ليس واحدا أى أنهما تعملان ازدواجا يعمل فى عكس عقارب الساعة ويعمل على اعادة السفينة إلى وضع الأستقرار ويقال أن طفو السفينة فى هذه الحالة من النوع المستقر.
ويتعين استقرار السفينة بوضع النقطة  M والتى تسمى المركز الظاهرى و هى نقطة تقاطع خطين أحدهما يمر رأسيا خلال مركز ثقل الماء المزاح 'B    اماالخط الثانى فهو الخط الرأسى الذى يمر بمركز ثقل السفينة عندما تكون فى وضعها الأصلى قبل ان تميل أى الخط  MG  . ولكى نصل إلى حالة الأستقرار لابد أن يكون المركز الظاهرى M   دائما فوق مركز ثقل السفينة G   , وفى هذة الحالة فأن الازدواج الناشىء يعمل فى عكس اتجاه ميل السفينة فيعيدها إلى وضعها الأصلى . اما إذا كان المركز الظاهرى M أدنى من مركز الثقل G فإن الازدواج الناشىء يعمل فى نفس اتجاه ميل السفينة ويؤدى إلى زيادة ميلها .
9‏/10‏/2010 تم النشر بواسطة NAT GEO.
قد يهمك أيضًا
ما هو قانون كمية المادة
قانون الحقل؟
ما قانون مساحة اى شكل
هل تؤيد تطبيق قانون الغدر على رموز النظام المصري السابق ؟
ماهو قانون الجدب وهل تؤمن به اما لا؟
تسجيل الدخول
عرض إجابات Google في:: Mobile | كلاسيكي
©2014 Google - سياسة الخصوصية - مساعدة