قوانين الطفو لأرخميدس

أرخميدس

أرخميدس هو عالم الفيزياء اليوناني، ولد في عام 287ق.م، في مدينة تُدعى سيراكوز، وهي أحد المناطق التابعة لصقلية، وتوفي في عام 212ق.م، واهتم بالعديد من المجالات العلمية؛ كالرياضيات، والفيزياء، والهندسة، وعلوم الفلك، واستطاع أن يطور مفاهيم التفاضل والتكامل ووضع قوانين لحسابهما من خلال القوانين الرئيسية لعلم الاشتقاق، وكان العالم أرخميدس أحد أكثر علماء العصور الكلاسيكية القديمة شهرةً، وكان لعلمه تأثير كبير في تقدم العالم وتطوير العديد من الاختراعات.

قانون الطفو

تمكن العالم أرخميدس من الوصول إلى بعض النتائج المهمة عند غمر الجسم بشكلٍ كلي أو جزئي داخل مائع، وكانت النتائج هي:

• الجسم المغمور يبدو كأنه خسر بعضاً من وزنه؛ وذلك نتيجةً لوجود قوة دافعة من هذا المائع على الجسم المدفون فيه، ويكون اتجاه القوة من الأسفل إلى الأعلى.
• كمية القوة الدافعة للجسم المغمور من المائع تُساوي وزن المائع المزاح، فإذا حسبنا وزن المائع المحصور بين الارتفاع القديم والارتفاع الجديد، فإننا نجد بأنّ مقدار القوة المتكوّنة من المائع تُعادل وزنه.
• وجد العالم أرخميدس بأنّ مقدار القوة يتناسب تناسباً طردياً مع كثافة السائل، وبالتالي كلما ازدادت كثافة السائل تزداد قوة دفع الأجسام.
• مقدار القوة المتكونة من المائع يعتمد على حجم المائع المزاح، لذلك عندما نضع جسم داخل مائع معين فإن هذا المائع يرتفع إلى أعلى، ويختلف معدل الارتفاع باختلاف حجم الجسم المغمور بالمائع.

قانون الطفو رياضياً

يُمكن إيجاد مقدار قوة الطفو الناتجة عن عملية دفن الأجسام في الموائع من خلال قانون رياضي، كالآتي:

تطبيقات على قانون الطفو

• بناء الغواصات: تعتمد عملية صناعة الغواصات على فكرة صناعة السفن، حيث يُصنع هيكل معدني يتميز بتجويف كبير جداً، مما يجعل كثافتها أقل من كثافة الماء، وبالتالي تغوص الغواصات في الماء، كما تُعبأ خزاناتها بالماء، وتزداد كثافتها، مما يجعلها تغوص لأعماق أكبر، ويمكن التحكم بارتفاعها من خلال تفريغ خزانات الماء أو تعبئتها.
• قياس كمية الكثافة للسوائل المجهولة: اسُتخدم قانون الطفو في صناعة جهاز الهيدروميتر لقياس كثافة السوائل المختلفة اعتماداً على قوانين أرخميدس للأجسام المغمورة.
• صناعة السفن: تمكن العلماء من صناعة السفن اعتماداً على قوانين الطفو، وذلك من خلال جعل التجويف الداخلي للسفن كبيراً جداً، ولذلك تكون كثافتها أقل من كثافة الماء مما يجعلها تطفو.