ما هي قاعدة ارخميدس

تعريف:

قاعدة أرخميدس هي مبدأ فيزيائي يعتبر من أساسيات ميكانيكا الموائع، وينص على أنّ:

"الجسم المغمور كلياً أو جزئياً في سائل لا يذوب فيه ولا يتفاعل معه; فإن السائل يدفع الجسم بقوة (قوة الطفو)، وهذه القوة تساوي وزن السائل الذي يزيحه الجسم عند غمره".

بمعنى آخر:

• عندما تُغمر أيّة كتلة في سائل، فإنّها تُزيح كمية من السائل تساوي حجمها.
• القوة التي يدفع بها السائل الكتلة لأعلى (قوة الطفو) تساوي وزن السائل المُزاح.

معادلة قاعدة أرخميدس:

F_b = ρ_f * V_d * g

• حيث:
  • F_b: قوة الطفو (نيوتن)
  • ρ_f: كثافة السائل (كجم/م^3)
  • V_d: حجم السائل المُزاح (م^3)
  • g: تسارع الجاذبية الأرضية (9.8 م/ث^2)

العوامل التي تؤثر على قوة الطفو:

• كثافة السائل: كلما كانت كثافة السائل أكبر، زادت قوة الطفو.
• حجم الجسم المُغمر: كلما زاد حجم الجسم المُغمر، زادت قوة الطفو.
• تسارع الجاذبية الأرضية: تؤثر الجاذبية على وزن الجسم المُغمر، وبالتالي تؤثر على قوة الطفو.

تطبيقات قاعدة أرخميدس:

• الطفو: تُستخدم قاعدة أرخميدس لفهم ظاهرة الطفو، حيث تحدد سبب طفو بعض المواد وغرق البعض الآخر.
• الملاحة البحرية: تُستخدم قاعدة أرخميدس في تصميم السفن والغواصات، حيث تحدد مقدار الحمولة التي يمكن للسفينة حملها دون الڠرق.
• قياس كثافة السوائل: تُستخدم قاعدة أرخميدس لقياس كثافة السوائل، مثل كثافة الماء أو البنزين.
• الطب: تُستخدم قاعدة أرخميدس في بعض العلاجات الطبية، مثل العلاج المائي.

أمثلة على قاعدة أرخميدس:

• السفن: تطفو السفن على سطح الماء لأنّ قوة الطفو من الماء أكبر من وزن السفينة.
• الغواصات: يمكن للغواصات الغوص والصعود من خلال التحكم في كمية الماء التي تدخل خزاناتها، مما يغير حجمها وكثافتها وبالتالي يؤثر على قوة الطفو.
• البالونات: تطفو البالونات في الهواء لأنّها مليئة بغاز أخف من الهواء، مما يجعلها تُزيح كمية من الهواء أكبر من وزنها، مما يؤدي إلى زيادة قوة الطفو.

هل لديك أي أسئلة أخرى حول قاعدة أرخميدس؟