مبدأ أرخميدس — دافعة أرخميدس والطفو والغوص مع أمثلة وتمارين محلولة — العلوم الفيزيائية — السنة الثالثة متوسط — المنهاج الجزائري

مبدأ أرخميدس

مبدأ أرخميدس: كل جسم مغمور في مائع (سائل أو غاز) يتعرض لقوة دافعة من أسفل إلى أعلى تساوي وزن المائع المزاح.

هذه القوة تسمى دافعة أرخميدس (أو قوة الطفو) ويرمز لها بـ F_A.

قانون أرخميدس

F_A = ρ × V × g

حيث:

• F_A : دافعة أرخميدس (وحدة: نيوتن N)
• ρ (rho) : كثافة المائع (kg/m³)
• V : حجم الجزء المغمور من الجسم (m³)
• g : تسارع الجاذبية الأرضية (≈ 10 N/kg)

شروط الطفو والغوص

الحالة	الشرط	التفسير
الغوص	وزن الجسم > FA	كثافة الجسم > كثافة المائع ← يرسب الجسم
الطفو الكلي	وزن الجسم < FA	كثافة الجسم < كثافة المائع ← يطفو
الطفو الجزئي (التوازن)	وزن الجسم = FA	كثافة الجسم = كثافة المائع ← يعلق في المائع

تطبيقات على مبدأ أرخميدس

• السفن: تصنع من الفولاذ (كثافته أكبر من الماء) لكنها تطفو لأن شكلها المقوّر يزيح كمية كبيرة من الماء
• الغواصات: تملأ خزاناتها بالماء للغوص وبالهواء للطفو
• الميزان الهيدرومتري: جهاز يستخدم لقياس كثافة السوائل
• المنطاد: يطفو لأن الهواء الساخن أو الهيليوم أقل كثافة من الهواء المحيط
• أسماك: تمتلك مثانة هوائية تملؤها بالهواء للطفو أو تفرغها للغوص

أمثلة محلولة

مثال 1:

جسم حجمه 0.5 m³ مغمور كلياً في الماء (كثافة الماء = 1000 kg/m³). أحسب دافعة أرخميدس المؤثرة عليه (g = 10 N/kg).
الحل:
F_A = ρ × V × g
F_A = 1000 × 0.5 × 10
F_A = 5000 N

مثال 2:

جسم وزنه في الهواء 120 N. عند غمره في الماء يصبح وزنه الظاهري 80 N. أحسب دافعة أرخميدس.
الحل:
F_A = الوزن في الهواء – الوزن الظاهري
F_A = 120 – 80 = 40 N

تمارين محلولة

التمرين 1:

قطعة من الحديد حجمها 0.02 m³ وكثافتها 7800 kg/m³. هل تغوص هذه القطعة في الماء (كثافة الماء = 1000 kg/m³)؟
الحل:
وزن القطعة: P = m × g = ρ_حديد × V × g
P = 7800 × 0.02 × 10 = 1560 N
دافعة أرخميدس: F_A = ρ_ماء × V × g
F_A = 1000 × 0.02 × 10 = 200 N
بما أن P > F_A (1560 > 200)، فإن قطعة الحديد تغوص.

التمرين 2:

كرة حجمها 0.01 m³ تطفو على سطح الماء، بحيث يطفو نصف حجمها فقط فوق الماء. أحسب وزن الكرة.
الحل:
حجم الجزء المغمور = نصف الحجم الكلي = 0.005 m³
عند الطفو، الوزن = دافعة أرخميدس
P = F_A = ρ × V_مغمور × g
P = 1000 × 0.005 × 10 = 50 N

التمرين 3:

لماذا تطفو قطعة الفلين على الماء بينما تغوص قطعة حديد من نفس الحجم؟
الحل:
لأن كثافة الفلين (≈ 240 kg/m³) أقل من كثافة الماء (1000 kg/m³) بينما كثافة الحديد (7800 kg/m³) أكبر من كثافة الماء. دافعة أرخميدس أكبر من وزن الفلين ← يطفو، وأصغر من وزن الحديد ← يغوص.

خلاصة الدرس

• مبدأ أرخميدس: الجسم المغمور في مائع يتعرض لقوة دافعة تساوي وزن المائع المزاح
• القانون: F_A = ρ × V × g
• يغوص الجسم إذا كان وزنه > دافعة أرخميدس
• يطفو الجسم إذا كان وزنه < دافعة أرخميدس
• يتعلق الجسم إذا كان وزنه = دافعة أرخميدس
• تطبيقات: السفن، الغواصات، المناطيد

📍 دروس مشابهة

• الأمن الكهربائي والوقاية من أخطار التيار الكهربائي — قواعد الأمن وأجهزة الحماية
• المحول الكهربائي — مبدأ عمله وأنواعه وتطبيقاته — العلوم الفيزيائية — السنة الثال
• الضغط في الأجسام الصلبة — مفهومه وقانونه وتطبيقاته مع أمثلة وتمارين محلولة — الع