الطفو: قاعدة أرخميدس وتطبيقاتها – العلوم الفيزيائية — السنة الثالثة متوسط — المنهاج الجزائري

الطفو: قاعدة أرخميدس وتطبيقاتها

الطفو (Buoyancy) هو ظاهرة فيزيائية تجعل الأجسام تطفو على سطح السوائل. قوة الطفو هي قوة تصاعدية يؤثر بها السائل على الأجسام المغمورة. فهم هذه الظاهرة يفسر طفو السفن والغواصات وطفو الجليد على الماء.

قاعدة أرخميدس (Archimedes’ Principle)

ينص قانون أرخميدس على: “جسم مغمور كلياً أو جزئياً في سائل يتعرض لقوة دفع لأعلى (قوة الطفو) تساوي وزن السائل المزاح”.
F_b = ρ × V × g
حيث ρ كثافة السائل (kg/m³)، V حجم السائل المزاح (m³)، g تسارع الجاذبية (9.8 m/s²).

شروط الطفو والغوص

• إذا كان وزن الجسم > قوة الطفو: يغوص الجسم (مثل حجر في الماء).
• إذا كان وزن الجسم = قوة الطفو: يطفو الجسم مغموراً جزئياً (مثل سمكة).
• إذا كان وزن الجسم < قوة الطفو: يطفو الجسم على السطح (مثل فلين).

بمعنى آخر: كثافة الجسم > كثافة السائل ← غوص. كثافة الجسم < كثافة السائل ← طفو.

تطبيقات الطفو

• السفن: رغم أن الفولاذ (كثافته 7800 kg/m³) أغلى من الماء، إلا أن السفينة تطفو لأنها تحتوي على مساحات كبيرة من الهواء مما يخفض متوسط كثافتها الكلية.
• الغواصات: تتحكم في طفوها باستخدام خزانات الصابورة (تعبئها بالماء للغوص أو الهواء للطفو).
• المنطاد: يطفو في الهواء لأن الغاز داخله (الهيليوم أو الهواء الساخن) أقل كثافة من الهواء المحيط.
• مقياس كثافة السوائل (Hydrometer): يستخدم لقياس كثافة السوائل (في البطاريات ومحاليل التبريد).

تمارين

1. جسم حجمه 0.5 m³ غمر في الماء (كثافة الماء = 1000 kg/m³). احسب قوة الطفو المؤثرة عليه.
2. لماذا تطفو السفينة الفولاذية بينما تغوص قطعة فولاذ صغيرة؟
3. قطع من الفلين (كثافة 250 kg/m³) والحديد (كثافة 7800 kg/m³) وضعت في الماء. ماذا يحدث لكل منهما؟
4. كيف تغوص الغواصة وتصعد إلى السطح؟

للمزيد من الدروس العلمية، راجع درس البيئة المائية: الكائنات الحية في الماء، كما يمكنك الاطلاع على التلوث وأنواعه وتأثيره على الصحة والبيئة.