لماذا تطفو السفن فوق الماء ولا تغرق

الطفو هو ظاهرة تحدث للأجسام في السوائل والغازات، حيث تعود الأجسام إلى السطح إذا كانت كثافتها أقل من كثافة المحيط المحيط بها، مثل الغواصات والسفن في الماء أو خلط الزيت بالماء، وتسمى هذه القوة التي تؤثر على الجسم أحيانا بدفع الماء على الجسم.

ما هي السفن

تُعَدُّ السفن وسيلة نقل عامة تجمع بين الإنسان والبضائع فوق الماء، وهي وسيلة استخدمها الإنسان منذ القدم للتنقل فوق المسطحات المائية، وتعد أحد أعمدة التجارة والنقل الحديثة.

على الرغم من أنها صنعت من الحديد الذي يتميز بكثافته العالية عن الماء ووزنها وحمولتها العالية التي تصل إلى عشرات الألوف من الأطنان، إلا أنها تتميز بالطفو على سطح الماء.

تطفو السفينة فوق سطح الماء بسبب قوة الدفع الناتجة عن الفراغات الداخلية للسفينة المملوءة بالهواء أو بسائل أخف كثافة من الماء، والتي تجعل الكثافة النسبية الكلية للسفينة أقل من كثافة الماء.

أنواع السفن

– تصنف السفن إلى عدة أنواع نسبة إلى الحجم والخصائص، ومنها:

سفن ثابتة

السفن التي خرجت من الخدمة يمكن استخدامها للترفيه أو كمكان ثابت للإقامة.

سفن ترفيه

هناك السفن الرياضية المشاركة في المسابقات الرياضية، واليخوت، والشراعات

سفن بضائع

تستخدم وسائل النقل البرية لنقل البضائع من مكان لآخر على سطح الأرض، وهي تشكل النوع الأكثر شيوعًا بين وسائل النقل العاملة، وتأتي بعدة أنواع.

– ناقلة نفط تحمل المحروقات.

ناقلة غاز تحمل الوقود المسيل بدرجة حرارة منخفضة.

– ناقلة بضائع تحمل المنتجات.

– ناقلة مواد كيميائية تحمل المواد الكيميائية.

– ناقلة حاويات.

سفن ركاب

هذا الشيء يستخدم عادة لنقل الركاب، وفي بعض الأحيان يجمع بين الركاب والبضائع.

– تتكفل بحمل الركاب لمسافات صغيرة.

– تقوم بجولات سياحية طويلة المدة.

تقوم برحلات طويلة عبر المحيطات في مسار جغرافي محدد وثابت لفترة طويلة.

سفن صيد

تستخدم للصيد وتتميز بتنوعها الكبير.

–  سفينة مصنع تستعمل للصيد وللتعليب.

السفينة صيد الحيتان التي تستخدم لصيد الحيتان.

سفينة صيد تستخدم لصيد أسماك التونة.

سفن خدمة

يستخدم لأغراض أخرى غير النقل والصيد، ويوجد منه نوعان

السفينة الجرارة تجر السفن الكبيرة إلى الميناء.

تقوم سفينة إطفاء بإخماد النيران في السفن الأخرى وفي آبار النفط في منتصف البحر.

سفن حربية

يتم استخدامها لأغراض عسكرية وقتالية أو للتجسس، وهي تأتي بأنواع عديدة.

الحاملة الطائرات هي نوع من السفن الحربية التي تحمل وتشغل طائرات.

هي سفن حربية صغيرة تستخدم لأغراض الحروب البحرية.

لماذا تطفو السفن فوق الماء ولا تغرق

يعود الفضل إلى العالم أرخميدس في اكتشاف أسباب طفو السفن في الماء وتجنب الغرق.

قصة أرخميس

يروي الحكاية عن ملك كان يرغب في معرفة ما إذا كان تاجه مصنوعًا من الذهب الخالص أم لا، لذا استعان بأرخميس الذي كان يستحم في حوضه.

– فكر في المهمة التي تم تكليفك بها من قبل الملك، ولا أحد يعرف ما حدث، ولكن بطريقة ما، حركة الماء في الحوض أدت به إلى استنباط مبدأ أرخميس.

مبدأ أرخميس هو القوة العمودية للطفو التي تؤثر على الجسم المغمور في السائل، سواء كان مغمورًا بالكامل أو جزئيًا، حيث يساوي وزن السائل الذي يزيحه الجسم.

أسباب طفو السفينة فوق الماء

عندما يكون وزن الجسم أخف من وزن المائع الذي يحمله، فإنه يطفو ولا يغرق، أي أن القوة الوازنة تعمل ضد الجاذبية.

إذا وضعنا جسمًا ثلاثي الأبعاد يزن 20 طنًا مكعبًا في الماء الزاوي، فإنه سيغرق بشكل طبيعي، لأن كمية الماء أكبر بكثير من حجم الجسم.

إذا كان حجم الماء المستخدم في المزاحة 20 متر مكعب وتم الحفاظ على نفس الوزن السابق البالغ 20 طنًا، فلن يغرق ولن يطفو، وذلك لأن كمية الماء المستخدمة تساوي حجم الجسم.

في حال زيادة حجم المجسم إلى 30 متر مكعب والاحتفاظ بنفس الوزن الكلي البالغ 20 طن متري، فسيؤدي ذلك إلى طفو المجسم في الماء.

وفقًا لقاعدة الطفو، يتم رفع السفن العملاقة بسبب الضغط والوزن الذي يمارسها على المساحة المغمورة في الماء

عملية التوازن، أي أن وزن الجسم للأسفل يتساوى مع قوة دفع الماء لأعلى، مع الاحتفاظ بحجم الجزء المغمور في الماء بشكل ثابت

ونفس الأمر يحدث في حالة السفينة، حيث تم تصميم السفن بطريقة تزيد كمية المياه المزاحة عن وزنها دائما، وبسبب ذلك تعوم السفن في الماء، وتحتوي السفن الحديثة على آلية تتحكم في الطفو وتقوم بتعديلات وفقا لوزن السفينة.