ضغط الماء
يشعر الشخص بقوة دفع الماء للكرة أثناء محاولته أن يغمرهاة في الماء، كما نشاهد أنّ هناك مواد تطفو على المياه مثل الأوراق، والفلّين، كما يمكننا ملاحظة السهولة في تحريك الجسم داخل الماء وملاحظة صعوبة رفعه من الماء إلى الهواء، كل هذه المشاهدات تتعلَّق بما يُسمَّى ضغط الماء.
قانون ضغط الماء
- ضغط الماء لا يتعلق بشكل الوعاء، وإنّما يرتبط كلّما بالعمق، ويتناسب معه طرديّاً، أي كلّما ازداد العمق ازداد ضغط الماء، ويُسمَّى ضغط الهواء الواقع فوق سطح الماء بالضَّغط الجوي، ولا يتعلّق بالكتلة أو الحجم فلو أخذنا مثالاً بسيطاً: كأن يغطس طفلٌ صغيرٌ مع أبيه في نفس العمق وهما بذلك يتعرّضان إلى مقدار الضغط نفسه، لأنَّ ضغط الماء لا يعتمد على حجم الجسم المغمور بالماء.
- تسمّى هذه القوة قوة الدفع buoyant force والسبب في نشأة هذه القوة هو زيادة الضغط في باطن السائل، المعتمد على زيادة العمق تحت سطح السائل، فينشأ بذلك فرق في الضغط بين أسفل الجسم و قمته، ويكون اتّجاه هذه القوة للأعلى، ويعطى حسب العلاقة:
- Fb = w = Vrg
- Fb = PA = (P2 - P1) A،حيث:
- p2 ضغط السائل على السطح السفلى للجسم.
- p1الضغط على السطح العلوي للجسم.
- تتساوى هذه القوة التى تؤثر باتجاه الأعلى مع ثقل السـائل فى الحجم V إلى أسفل.
قاعدة أرخميدس
تنصُّ قاعدة أرخميدس على أنَّه: "إذا غمر جسم جزئياً أو كلياً في سائل؛ فإنَّه يكون مدفوعاً من أسفل إلى أعلى بقوة دفعٍ تساوي وزن السائل الذي يزيحه الجسم، و حجم هذا السائل يساوي جحم الجسم أو الجزء المغمور منه في السائل".
تطبيقات على قانون الطفو
لا ينفصل الحديث عن ضغط الماء عن الحديث عن الطفو، والتطبيقات على ذلك كثيرة نذكر منها:
- ارتفاع البالونات: يملأ البالون عادةً بغازٍ ساخنٍ أقلَّ كثافة من الهواء مثل الهيدروجين أو الهليوم، وفي هذه الحالة يكون وزن البالون أقلَّ من وزن الهواء الذي يُسبب له الإزاحة؛ فيرتفع البالون إلى أعلى، وكلما ارتفعنا في الهواء تقلُّ كثافة الهواء الجوي، ممّا يضمن استمرار ارتفاع البالون في الهواء، حتى تقلّ قوة الدفع إلى القيمة التي تتساوى فيها مع وزن البالون.
- طفو السفينة فوق الماء: كلُنا يسأل كيف تطفو السفينة الثقيلة فوق الماء؟!ويعود السبب في ذلك إلى طبيعة جسم السفينة الأجوف والذي ينغمر في الماء؛ فيزيح كميةً من الماء تساوي وزن السفينة المغمور فتطفو السفينة.