ما الخاصية التي تفسر طفو ابرة فوق سطح الماء

ما الخاصية التي تفسر طفو ابرة فوق سطح الماء، التوتر السطحي، ضع إبرة الخياطة على القصاصة الصغيرة من الورق وضعها برفق شديد على سطح الماء ستمتص الورقة الماء وسرعان ما تغوص في قاع الكوب ، لكن الإبرة نفسها ستبقى فوق الماء بعد سقوط الورق بعيدًا! كيف يكون هذا ممكنا؟

حسنًا ، قد تقول ، الإبرة أخف من الماء ، ولكن حتى الإبرة النحيلة لديها كثافة أعلى بكثير من الماء .

ما الخاصية التي تفسر طفو ابرة فوق سطح الماء

ما هو التوتر السطحي

ربما تقوم الإبرة بإزاحة كمية كافية من الماء لجعلها تطفو ، مثل السفينة؟ لا إذا نظرت بعناية يمكنك أن ترى أن الإبرة موجودة على السطح مباشرة .

الجواب في التوتر السطحي ، والتوتر السطحي هو المصطلح الذي يستخدمه الفيزيائيون لوصف ميل جزيئات الماء إلى الالتصاق ببعضها البعض حيث يلتقي الماء بالهواء ، بحيث تشكل طبقة تشبه الجلد هذا الجلد الذي يتكون بشكل طبيعي ، رقيقًا ، قوي بما يكفي لإمساك الإبرة ومنعها من الغرق .

إذن لماذا غرقت الورقة؟ حسنًا ، تذكر أن ورقة التوتر السطحي توجد فقط عند الحد الفاصل بين الهواء والماء عبرت الورقة تلك الحدود عندما غارقة في الماء. الإبرة ، غير مسامية  ظلت جافة .

ماذا سيحدث إذا بللت نفس الإبرة وحاولت مرة أخرى؟ كما توقعت على الأرجح ، لأنها محاطة بالفعل بجزيئات الماء ، ستغرق إبرة مبللة ، تمامًا مثل الورق المغطى بالماء . 

لماذا يطفو الخشب على سطح الماء

• قوة الطفو

الجواب البسيط على سؤالك سيكون الطفو أي شيء يطفو على الماء (أفترض أنك تقصد الماء) له قوة طفو أكبر من الماء ، بحكم التعريف تؤثر الكثير من الأشياء المختلفة على الطفو ، ولكن أحد هذه الأشياء هو محتوى الهواء يطفو الخشب والفلين لنفس السبب الذي يجعل سترات النجاة والستايروفوم تطفو : تحتوي هذه المواد على الكثير من الهواء ، مما يجعلها طافية للغاية .

إذا سبق لك أن نظرت إلى الفلين تحت المجهر ، فمن المحتمل أنك لاحظت أنه يحتوي على الكثير من الثقوب  هذه الثقوب تحبس الهواء. إنه نفس الشيء مع الخشب والرغوة يمكنك التفكير في هذه المواد على أنها مكونة من آلاف فقاعات الهواء الصغيرة. لماذا يطفو الجليد أكثر صعوبة قليلاً هذا هو السبب الأساسي الذي يجعل القوارب تطفو .

مكتشف قانون الطفو عالم رياضيات يوناني قديم يُدعى أرخميدس هذا المبدأ لأول مرة أثناء جلوسه في الحمام ، لاحظ أنه بينما كان ينزل في الحمام ، ارتفع منسوب المياه ، في الأساس ، كان جسده يزيح الماء إذا كان الجسم الذي يزيح الماء (إنسان وقارب ومكعب ثلج) يزن أقل من الماء الذي يزيحه ، فسيطفو الجسم.

ربما تعلم أن الجليد يتمدد عندما يتجمد. بالمقارنة مع الماء ، فإن الجليد له حجم أكبر لنفس الكتلة ، وبالتالي فهو يزن أقل من الماء الذي يزيحه هذا هو السبب في أن الجليد يطفو إذا لم يتمدد الماء عندما يتجمد ، فلن يطفو الثلج .

إذا كنت تسبح في المحيط من قبل ، وخاصة المحيط المالح حقًا مثل البحر الأبيض المتوسط ​​، فربما لاحظت أنك تطفو بسهولة أكبر من السباحة في المسبح هل تستطيع التفكير لماذا؟ أيضا ، لماذا تعتقد أن الريشة تطفو؟

• الكثافة

هم أقل كثافة من الماء. كثافة الماء النقي 1 جرام / سنتيمتر مكعب ، أو 1 جرام / مليلتر. (1 ملليلتر = 1 سنتيمتر مكعب). عندما يتجمد الماء ، يتمدد إلى شبكة بلورية وتكون كثافته أقل من كثافة الماء السائل. الفلين والخشب أيضًا أقل كثافة من الماء – على الرغم من أنه ليس كل الأخشاب.

إليكم حقيقة مثيرة للاهتمام : هل تعلم أن كوكب زحل أقل كثافة من الماء؟ وهي مصنوعة من جليد مختلفة ، وكثافتها الكلية أقل من الماء السائل لذا ، تخيل لو كان بإمكانك صنع حوض استحمام كبير بما يكفي للكوكب بأكمله ، فسوف يطفو!

لماذا يطفو الفلين والجليد على الماء

• الوزن 

يطفو الخشب والفلين والجليد في الماء لأنها أقل كثافة من الماء ماذا يعني ذلك؟ حسنًا ، ربما سمعت السؤال الخادع القديم ، “ما الذي يزن أكثر : رطل من الرصاص أم رطل من الريش؟” الجنيه هو الجنيه ، لذلك بالطبع كلاهما يزن مقادير متساوية  ولكن إذا سألت ، “أيهما يشغل مساحة أكبر؟” ستخبرني أن الريش يفعل.

قد يقول العلماء أن الريش أقل كثافة من الرصاص ، لأنه يشغل مساحة أكبر لنفس الوزن فكر الآن في إسقاط صخرة في كوب من الماء ممتلئًا إلى الأعلى سوف ينسكب بعض الماء ، لأن الصخور تشغل الآن مساحة في قاع الزجاج الذي كان يحتوي على الماء بداخله.

ومع ذلك ، إذا أسقطت مكعب ثلج في الماء فسوف يطفو. يطفو لأنه يزن أقل من كمية الماء التي سيتعين عليه دفعها خارج الزجاج إذا غرق الخشب والفلين والجليد كلها أقل كثافة من الماء وتطفو ؛ الصخور أكثر كثافة ، لذا فهي تغوص .

• الازاحة

لشرح هذه الحقيقة ، أود أن أطلب منك أن تراقب بعناية ما يحدث عندما تضع أي شيء في الماء. يبدأ الكائن في الغرق قليلاً ثم يمكن أن يحدث شيئين. يتوقف الكائن عن الغرق أو يطفو أو يغرق تمامًا ماذا يحدث؟ عند إدخال الجسم في السائل ، يتم “إزاحة” بعض السائل ، تحتاج إلى إفساح المجال للجسم الصلب يدفع السائل الجسم بعيدًا بقوة مساوية لوزن الحجم المزاح للسائل.

هذا هو قانون الفيزياء وقد اكتشفه Archemedes في اليونان القديمة الآن ما إذا كان الجسم يغرق أو يطفو يعتمد على مقدار وزنه ، مقارنة بوزن الماء الذي يزيحه إذا كان الجسم يتلقى دفعة تساوي وزنه عن طريق إزاحة بعض حجم الماء ، فسوف يطفو ، مثل الفلين أو الجليد أو بعض أنواع الخشب في الماء الأجسام الأخرى حتى من خلال إزاحة حجمها الكامل من الماء ، لا تحصل على دفعة كافية وبالتالي تغرق .

• الكتلة

تطفو هذه المواد (في الماء) لأنها أقل كثافة من الماء هذا يعني أن المتر المكعب من الماء له كتلة أكبر (وبالتالي يزن أكثر على الأرض) من المتر المكعب من الفلين أو الخشب أو الجليد.

فكر في السباحة في المسبح تشعر بأنك أخف في حمام السباحة مما تشعر به عند المشي على الأرض هذا لأنك عندما قفزت إلى البركة ، قمت بإزاحة حجم من الماء يساوي حجمك. لذلك تشعر بـ “قوة الطفو” التي تدفعك لأعلى تساوي وزن الماء الذي تزيحه تشعر بأنك أخف وزنك لأن “وزنك الفعال” في حمام السباحة هو وزنك الفعلي مطروحًا منه قوة الطفو التي تواجهها.

إذا كنت أقل كثافة من الماء ، وبالتالي وزنك أقل من الماء الذي يزيحه جسمك ، فسوف تطفو إذا كنت مغمورًا بالكامل ، فستكون قوة الطفو أكبر من وزنك ، وإذا لم تعمل على إبقاء نفسك مغمورًا ، فستفعل ذلك طبقا لـ قانون الطفو .