نشاط حساب وزن الجسم المغمور في سائل و حساب وزن الجسم الطافي على السائل ..

قاعدةُ أرخميدس

    عندما تسبحُ في الماءِ تشعرُ بأنَّ الماءَ يدفعُك نحوَ الأعلى. يغوصُ مسمارٌ من الحديدِ في الماءِ، في حين تطفُو السفنُ المصنوعةُ من الحديدِ على سطحِه. تطفُو قطعةٌ من الخشبِ أو الفلينِ عند غمرِها في الماء. ما تفسيرُ هذه المشاهدات؟ للإجابةِ عن ذلك قمْ بالنشاطِ التالي:

نشاط ( 1) : وزنُ الجسم المغمور في سائل

تحتاجُ في هذا النشاطِ إلى جسمٍ صلب، ودورقِ إزاحةٍ مملوءٍ بالماء، ومخبارٍ مدرِّج، وميزانٍ نابضيّ، وماءٍ، وخيط. - عَلِّقِ الجسمَ الصلبَ في الميزانِ وعيِّنْ وزنَه. - اغمرِ الجسمَ برفقٍ في دورقِ الإزاحةِ واجمعِ الماءَ المنسكبَ في المخبارِ المدرج.     لاحظِ الشكلَ (1)، وعيِّنْ قراءةَ الميزان. - جدْ وزنَ الماءِ في المخبارِ المدرِّج وقارنْ هذا الوزنَ بمقدارِ الفرقِ بينَ وزنِ الجسمِ في الهواءِ ووزنِه في الماء.

     

 هل تلاحظُ أنَّ وزنَ الماءِ في المخبارِ المدرَّجِ (الماء المزاح) يُساوي مقدارَ النقصِ في وزنِ الجسمِ نتيجةَ غمرِه في الماء؟

    نستنتجُ من هذا النشاطِ أنَّ الجسمَ المعمورَ في الماءِ يفقدُ من وزنه بمقدارِ وزنِ الماءِ الذي يزيحُه (يحلُّ محلَّه).

    وقد توصلَ إلى هذه النتيجةِ العالمُ اليونانيُّ أرخميدس سنة (260) قبلَ الميلادِ، ومن هنا سُمِّيَتْ "قاعدة أرخميدس" والتي تنصُّ على ما يلي:

    "إذا غُمِرَ جسمٌ في سائلٍ فإنَّه يفقدُ من وزنِه بقدرِ وزنِ السائلِ المُزاح".

    أيْ أنَّ السائلَ يدفعُ الجسمَ المغمورَ فيه بقوةِ دفعٍ إلى أعلى تُساوي وزنَ السائلِ الذي يزيحُه الجسمُ ويحلُّ محلَّه.

    ويمكنُ التعبيرُ عن ذلك رياضيّاً كما يلي:

     قوةُ دفعِ السائلِ للجسمِ  من أسفل إلى أعلى = وزنَ السائلِ المزاح = مقدارَ النقصِ في وزنِ الجسمِ.

والآن. قد تسألُ ما شانُ الأجسامِ التي تطفوُ على سطحِ السائل؟

للإجابةِ عن هذا السؤالِ قمْ بالنشاطِ التالي:

نشاط (2) : وزنُ الجسم الذي يطفو على سطحِ السائل

تحتاجُ في هذا النشاطِ إلى دورقِ إزاحةٍ مملوءٍ بالماء، ومخبارٍ مدرَّج، وجسمٍ من البلاستيك، وميزانٍ نابضيّ، وخيط. - عَلِّقِ الجسمَ بالميزانِ وعيِّنْ وزنَه في الهواء. - اجعلِ الجسمَ يطفُو برفقٍ على سطحِ ماءِ الدورقِ، واجعلِ الماءَ المُزاحَ يتجمعُ في المخبارِ المدرَّجِ الشكل (2)،  لاحظْ قراءةَ الميزان. - جدْ وزنَ الماءِ المزاحِ الذي جُمِعَ في المخبار، وقارنْه بوزنِ الجسمِ في الهواء. هل تلاحظُ أنَّهما متساويان؟ ماذا تستنتج؟

إنَّ الجسمَ أزاحَ كميةً من الماءِ وإنَّ وزنَ الماءِ المزاحِ تُساوي وزنَ الجسمِ في الهواء.

ويمكنُ القولُ أنَّه "إذا طفا جسمٌ على سطحِ سائلٍ فإنَّ وزنَ الجسمِ يُساوي وزنَ السائلِ المُزاح". وهذه هي قاعدةُ أرخميدس للأجسامِ الطافية. ويمكنُ التعبيرُ عنها رياضيّاً كما يلي:

قوةُ دفعٍ السائلِ للجسمِ = وزنَ السائلِ المُزاح = وزنَ الجسمِ الطافي

    ويمكنُ القولُ أنَّ الجسمَ ينغمرُ في السائلِ عندما تكونُ قوةُ دفعِ السائلِ له أقلَّ من وزنِه، أيْ أنَّ كثافةَ الجسمِ أكبرُ من كثافةِ السائل. أما إذا كانتْ قوةُ دفعِ السائلِ للجسمِ المغمورِ فيه أكبرَ من وزنِهِ فإنَّه يطفُو على سطحِ السائل. ويحدثُ ذلك عندما تكونُ كثافةُ الجسمِ أقلَّ من كثافةِ السائل. أما إذا كانتْ قوةُ دفعِ السائلِ للجسمِ تُساوي وزنَ الجسمِ تماماً فإنَّ الجسم يعلقُ في السائل، وفي هذه الحالةِ تكونُ كثافتُه مساويةً لكثافةِ السائل. وقد وُجِدَ أنَّ ما ينطبقُ على السوائلِ ينطبقُ على الغازاتِ. ويُطلقُ على السوائلِ والغازاتِ اسمُ الموائعِ؛ فالمائعُ قد يكونُ سائلاً أو غازاً.

لا تنسَ ذكر الله و الصلاة على النبي 

أمنياتي للجميع بالتفوق و النجاح

أ. محمود إسماعيل موسى