قوانين الطفو لأرخميدس

 اسباب طفو الشعر الطويل على سطح الماء

مسامية الشعر

إذا كان الشعر مساميًا، فإنه يمتص كمية أكبر من الماء مقارنة بالشعر غير المسامي، لذلك ينبغي:

• إذا كان شعرك يطفو على السطح ، فهذا يعني أن شعرك منخفض المسامية ، مما يعني أن الطبقة الخارجية متماسكة جدًا ويصعب على الشعر امتصاص الرطوبة ، إذا غاص الشعر إلى أسفل بسرعة ، فهذا يعني أن المسامية عالية ، إذا استغرق الأمر وقتًا لطيفًا في السقوط في القاع ، فإن مساميته الطبيعية ، وإذا لم تغرق على الإطلاق وتطفو فقط على السطح ، فهي منخفضة المسامية.
• يمكن أن يتسبب امتصاص الشعر المسامي للماء في زيادة وزنه وثقله، نظرا لاشباع فروة الرأس بالماء وتسرب الماء إلى جذور الشعرة، وتحركه تدريجيا وبسرعة نحو الشعرة نفسها، مما يزيد من كثافتها ويجعلها تغرق في الماء. بمعنى آخر، يسود وزن الماء الذي يتم امتصاصه بالشعر على قوة التوتر السطحي بين جزيئات الماء التي تمنع الشعر من الغرق في الماء. تعتبر قوى التماسك بين جزيئات السائل هي المسؤولة عن الظاهرة المعروفة بالتوتر السطحي. يمكن تعريف التوتر السطحي على أنه الخاصية التي تتيح لسطح السائل مقاومة أي قوة خارجية بسبب الترابط بين جزيئاته.

منتجات العناية بالشعر

منجات العناية بالشعر مثل البلسم و زيت جوز الهند وإضافة جل الشعر لأن هذه الإضافات يمكن أن تغير السلوك الطافي للشعر ، عند إضافة منتجات العناية لاحظ كيف يتفاعل الشعر مع الماء،  مع الزيت ، يغرق الشعر في البداية عند غمسه ثم يتم غمر كل الشعر ، لكنه طاف بعد ذلك لأن زيت جوز الهند يصد الماء ،  مع البلسم ، طاف الشعر غير المغمس عندما كان غارقًا جزئيًا ولكن الشعر المبلل غرق في البداية ، ثم طاف مع زيادة وزن الشعر وثقله النوعي مقارنةً بالماء ، وظهور المكيفات المقاومة للماء أفضل من عليه ، كان جل الشعر في هذه الحالة مشابهًا للشعر غير المعالج  ،على الرغم من أن جل الشعر يمكن أن يجعل الشعر أكثر جذبًا للماء.

قوانين الطفو لأرخميدس

إذا كان وزن الماء المحتوي على الجسم أقل من وزن الجسم، سيغرق الجسم، وإلا سيظل الجسم عائمًا، وينص مبدأ أرخميدس على أنه يتم إزاحة وزن الماء بالوزن الخاص بالجسم

تعني قوة الطفو الصاعدة التي يتعرض لها جسم مغمور في سائل، سواء كان مغمورًا جزئيًا أو كليًا، أنها تساوي وزن السائل الذي يزيحه الجسم وتعمل في اتجاه التصاعد في مركز كتلة السائل المزاح .

يتم استخدام قانون أرخميدس، الذي اكتشفه أرخميدس من سيراكيوز في اليونان، لتحديد قيمة قوة الدفع عند غمر جسم جزئيا أو كليا في سائل، حيث يتسبب الغمر في فقدان الوزن الظاهري للجسم الذي يساوي وزن السائل الذي يزاح به.

يقاوم وزن الجسم الذي يتأثر بالجاذبية الدفع الذي يوفره السائل، وعندما يكون الجسم داخل السائل، يشعر فقط بالقوة الكلية المؤثرة عليه، مثل الوزن، ولكن قوة الجاذبية الفعلية تنخفض بسبب اندفاع السائل، لذلك يشعر الجسم كأن وزنه قد انخفض. وبالتالي، يتم حساب الوزن الظاهر باستخدام القوانين الفيزيائية

الوزن الظاهر للجسم يساوي وزن الجسم في الهواء مقسومًا على قوة الطفو

يُعلِّمُنا مبدأُ أرخميدس أنَّ فقدانَ الوزنِ هذا يُعادِلُ وزنَ السائلِ الذي يُزحُّه الجسمُ. إذا كان حجمُ الجسمِ V، فإننَّه يُزحُّ حجمَ V من السائلِ عندما يكون مُغمورًا بالكامل، وإذا تمَّ غَمْرُ جزءٍ من الحجمِ فقط، يمكن للجسمِ أن يُزحِّ هذا القدرَ من السائلِ فقط.

قانون الطفو

ينص قانون أرخميدس للطفو على أن قوة الطفو التي يتعرض لها جسم ما في السائل تساوي وزن السائل الذي يتم إزاحته، ويمكن كتابته رياضيا على النحو التالي

Fb = ρ x g x V

• Fb هي القوة الطافية .
• ρ هي كثافة السائل .
• V هو الحجم المغمور .
• g هي عجلة الجاذبية .

قانون الطفو والغوص

من قوة الطفو = وزن المزاح السائل

ما تقوله: إذا كان جسم مغمور في سائل، يمكن رفعه بقوة تساوي وزن السائل الذي يحتويه.

كيف يؤثر ذلك على الغواصين: يتكون جسم الإنسان من حوالي سبعين بالمائة من الماء ، مما يعني أن تركيب أجسامنا يشبه الماء الذي نطفو فيه ويمنحنا القدرة على أن نطفو بشكل محايد. عندما نأخذ في الاعتبار الدهون في أجسامنا، يميل معظم الناس إلى أن يكونوا إيجابيين بشكل عام. العوامل التي تؤثر على قدرتنا على الطفو هي الدهون في الجسم والعضلات وكثافة العظام وكثافة الماء نفسه، وبسبب المعادن المذابة في المياه المالحة، فإن الماء المالح يكون أكثر كثافة من الماء العذب. وبالتالي، سيكون الجسم أكثر انتعاشا في الماء المالح بالمقارنة مع الماء العذب.

معدات الغوص التي تؤثر على الطفو:

• – “يستخدم الغواصون أوزانًا للتعويض عن الطفو الإيجابي، حيث يتم ارتداؤها من أجل الغرق.
• جهازة المعوض تسمح للغواصين بضبط الطفو عن طريق إضافة الهواء أو طرحه.
• تساعد بدلات النيوبرين المبللة على عزل الغواص، ويتميز البدل الرطب بالطفو بطريقة إيجابية للغاية لأنه مليء بملايين الفقاعات الصغيرة.
• تتغير خزانات الغوص في طفوها أثناء الغوص، وتكون أكثر انتشارًا عند بداية الغوص ومليئة بالهواء والطفو الفضفاض حيث يستخدم الغواص الهواء .

قوة الطفو في السوائل

عندما نذهب للسباحة ، نشعر بقليل من انعدام الوزن في الماء ، والسبب في ذلك هو أن السوائل تمارس قوة صاعدة على الأشياء المغمورة فيها ، يُعرف هذا باسم الدفع وهو نتيجة للاختلاف في الضغط الذي يمارسه السائل على ارتفاعات مختلفة ، عندما نغمر جسمًا ما (معتبرين أنه مغمور بالكامل) في عمق سائل ، يستمر الضغط الذي يمارسه السائل في الازدياد ، لكن قوة الدفع تظل كما هي.

عندما يتغمس جسم ما في سائل، تكون القوة المرتفعة على الجزء السفلي من الجسم أكبر من القوة المنحدرة على الجزء العلوي من الجسم، والنتيجة هي قوة صافية مرتفعة (قوة طفو) على أي جسم في أي سائل. إذا كانت قوة الطفو أكبر من وزن الجسم، سيرتفع الجسم إلى السطح ويطفو. إذا كانت قوة الطفو أقل من وزن الجسم، سيغرق الجسم. إذا كانت قوة الطفو تساوي وزن الجسم، سيظل الجسم معلقا عند هذا العمق. تكون قوة الطفو موجودة دائما في السائل، سواء كان الجسم يطفو أو يغرق أو يظل معلقا.

قوة الطفو هي نتيجة الضغط المتواجد في السائل. يدفع السائل في جميع الجهات المحاطة بالجسم، ومع زيادة الضغط مع التعمق، يكون الدفع أقوى على السطح السفلي للجسم من السطح العلوي. يمكن حساب قوة الطفو على الجسم بجمع القوى المبذولة على جميع جوانبه.  

قاعدة أرخميدس للاجسام المغمورة

يعتبر مبدأ أرخميدس مفيدًا جدًا لحساب حجم جسم غير منتظم الشكل، حيث يمكن غمر الجسم الغريب الشكل في سائل ما، ويساوي حجم السائل المزاح حجم الجسم، وعندما يكون الجسم مغمورًا في السائل، فإن وزنالجسم يقل بسبب قوة الطفو التي تدفعه للأعلى.

عند الغمر في الماء أو أي سائل آخر، يواجه الجسم قوة تعمل في الاتجاه المعاكس لسحب الجاذبية وهي التي تجعل الجسم يفقد وزنه، ويمكن أن يكون ذلك السبب في طفو كرة من البلاستيك في الماء بدلا من غرقها في الأسفل بسبب وزنها، ولكن نلاحظ أيضا أن بعض الأشياء مثل الزجاجات البلاستيكية تطفو فوق الماء، بينما تغرق أشياء أخرى مثل الإبرة في الأسفل .

يكمن سبب وجود قوة الطفو في أن الجزء السفلي من الجسم، أي الجزء المغمور، يكون دائمًا أعمق في السائل من الجزء العلوي من الجسم، وبالتالي، يجب أن تكون القوة الصاعدة من الماء أكبر من القوة الهابطة للماء.

من المهم معرفة سبب وجود القوة التي تسبب الطفو من الناحية المفاهيمية، ولكن يجب علينا أيضًا أن نكون قادرين على تحديد حجم القوة التي تسبب الطفو بدقة.

الطفو هو القوة التي تجعل الأشياء تطفو. إنها القوة التي تمارس على جسم مغمور جزئيا أو كليا في سائل. يحدث الطفو بسبب الاختلافات في الضغط الذي يعمل على جوانب متقابلة من جسم مغمور في سائل ثابت. يعرف أيضا باسم قوة الطفو. الطفو هو ظاهرة ناتجة عن قوة الطفو.