ما الخاصية التي تفسر طفو إبرة فوق سطح الماء

ما الخاصية التي تفسر طفو إبرة فوق سطح الماء

التوتر السطحي .

يتم وضع إبرة الخياطة على القصاصة الصغيرة من الورق ووضعها بلطف على سطح الماء، وسرعان ما يتم امتصاص الورقة من الماء وتغوص في قاع الكوب، ومع ذلك، تظل الإبرة فوق سطح الماء بعد انخفاض الورقة بعيدًا. كيف يمكن تفسير ذلك؟

قد يتم القول إن الإبرة أخف من الماء، ولكن حتى الإبرة النحيلة لديها كثافة أعلى بكثير من الماء .

ما هو التوتر السطحي

قد تظهر الإبرة وكأنها تطفو على سطح الماء بسبب إزاحتها لكمية صغيرة من الماء، ولكن عند النظر بعناية ستظهر أن الإبرة ما زالت على سطح الماء مباشرةً .

الجواب يكمن في مفهوم التوتر السطحي، وهو المصطلح الذي يستخدمه الفيزيائيون لوصف انجذاب جزيئات الماء لبعضها البعض عندما يلتقي الماء بالهواء، ومن ثم يتشكل طبقة سطحية تشبه الجلد. هذه الطبقة السطحية، التي يتكون منها الماء بشكل طبيعي، رقيقة وقوية بما يكفي لامساك الإبرة ومنعها من الغرق .

فيما يتعلق بغرق الورقة، فإن ورقة التوتر السطحي توجد فقط عند الحد الفاصل بين الهواء والماء، وعندما تعبر الورقة تلك الحدود وتغمر في الماء، تغرق، بينما تبقى الإبرة، التي لا تسمح بمرور الماء، جافة .

إذا بللت الإبرة بالماء وحاولت استخدامها مرة أخرى، فإنها ستغرق تمامًا مثل الورق المبلل، لأنها ستكون محاطة بجزيئات الماء .

لماذا يطفو الخشب على سطح الماء

قوة الطفو

إجابتي البسيطة على سؤالك ستكون أن أي شيء يطفو على الماء (أفترض أنك تقصد الماء) سيكون له قوة طفو أكبر من الماء نفسه. حسب التعريف، هناك العديد من العوامل المختلفة التي تؤثر على الطفو، ولكن أحد هذه العوامل هو وجود الهواء. يطفو الخشب والفلين لنفس السبب الذي يجعل سترات النجاة والستايروفوم تطفو: فهذه المواد تحتوي على كمية كبيرة من الهواء، مما يجعلها طافية للغاية .

إذا سبق لك أن نظرت إلى الفلين تحت المجهر ، فمن المحتمل أنك لاحظت أنه يحتوي على الكثير من الثقوب  هذه الثقوب تحبس الهواء. إنه نفس الشيء مع الخشب والرغوة يمكنك التفكير في هذه المواد على أنها مكونة من آلاف فقاعات الهواء الصغيرة. لماذا يطفو الجليد أكثر صعوبة قليلاً هذا هو السبب الأساسي الذي يجعل القوارب تطفو .

اكتشف الرياضيات اليوناني القديم أرخميدس، الذي يعرف بقانون الطفو، هذا المبدأ لأول مرة أثناء جلوسه في الحمام. لاحظ أنه أثناء نزوله في الماء، ارتفع منسوب الماء. بشكل أساسي، إذا كان الجسم ينزح الماء (كالإنسان أو القارب أو المكعب الثلجي) وزنه أقل من الماء الذي ينزحه، فسيطفو الجسم.

عندما يتجمد الجليد، يتمدد بشكل أكبر من الماء لنفس الكتلة، وبالتالي فإنه يزن أقل من الماء، وهذا هو السبب في أن الجليد يطفو على سطح الماء، فإذا لم يتمدد الماء عندما يتجمد، فلن يطفو الثلج .

إذا كنت تسبح في المحيط ، وخاصة المحيط المالح مثل البحر الأبيض المتوسط، فقد لاحظت أنك تطفو بسهولة أكبر من السباحة في المسبح. هل يمكنك التفكير في السبب؟ وأيضًا، لماذا تعتقد أن الريشة تطفو؟

الكثافة

يتميز الماء بِكثافة أعلى من العديد من المواد الأخرى، حيث تكون كثافة الماء النقي حوالي 1 جرام/سنتيمتر مكعب، أو 1 جرام/مليلتر. وعند تجمُّد الماء، يتحوَّل إلى شبكة بلورية ويصبح كثافته أقل من كثافته عندمايكون في حالة السائل. وتتمتع الفلين والخشب أيضًا بِكثافة أقل من الـ ماء، على الرغم من أن هذا الأمر لا ينطبق على جميع أنواع الخشب.

إليكم حقيقة مثيرة للاهتمام : هل تعلم أن كوكب زحل يمتلك أقل كثافة من الماء؟ فهو مصنوع من أنواع مختلفة من الجليد، وكثافته الكلية أقل من كثافة الماء السائل، لذا إذا صُنع حوض استحمام كبير بما يكفي لتغطية كوكب زحل بأكمله، فسيطفو الماء على سطحه

لماذا يطفو الفلين والجليد على الماء

الوزن 

يطفو الخشب والفلين والجليد في الماء لأنها أقل كثافة من الماء ماذا يعني ذلك؟ حسنًا ، ربما سمعت السؤال الخادع القديم ، “ما الذي يزن أكثر : رطل من الرصاص أم رطل من الريش؟” الجنيه هو الجنيه ، لذلك بالطبع كلاهما يزن مقادير متساوية  ولكن إذا سألت ، “أيهما يشغل مساحة أكبر؟” ستخبرني أن الريش يفعل.

قد يقول العلماء إن الريش أخف من الرصاص لأنه يشغل مساحة أكبر لنفس الوزن. فكر الآن في إسقاط صخرة في كوب ماء ممتلئ حتى الأعلى. سينسكب بعض الماء لأن الصخرة تشغل مساحة في قاع الزجاج الذي كان يحتوي على الماء بداخله.

على الرغم من ذلك، فإن إسقاط مكعب ثلج في الماء سيجعله يطفو، وذلك لأنه يزن أقل من كمية الماء التي يجب دفعها لخارج الزجاج في حالة غرق الخشب والفلين والجليد، حيث إنها جميعًا تمتلك كثافة أقل من الماء وتطفو، أما الصخور فهي أكثر كثافة، لذا فهي تغوص .

الازاحة

لشرح هذه الحقيقة ، أود أن أطلب منك أن تراقب بعناية ما يحدث عندما تضع أي شيء في الماء. يبدأ الكائن في الغرق قليلاً ثم يمكن أن يحدث شيئين. يتوقف الكائن عن الغرق أو يطفو أو يغرق تمامًا ماذا يحدث؟ عند إدخال الجسم في السائل ، يتم “إزاحة” بعض السائل ، تحتاج إلى إفساح المجال للجسم الصلب يدفع السائل الجسم بعيدًا بقوة مساوية لوزن الحجم المزاح للسائل.

هذا هو قانون الفيزياء وتم اكتشافه بواسطة أرخميدس في اليونان القديمة. الآن، إذا كان الجسم يغوص أو يطفو يعتمد على وزنه مقارنة بوزن الماء الذي ينزحه. إذا تلقى الجسم دفعة تساوي وزنه بإزاحة كمية من الماء، فسوف يطفو مثل الفلين أو الجليد أو بعض أنواع الخشب في الماء. أما إذا لم يتلق الجسم دفعة كافية بإزاحة حجمه الكامل من الماء، فإنه سيغرق .

الكتلة

– تطفو هذه المواد (في الماء) لأن كثافتها أقل من كثافة الماء، وهذا يعني أن المتر المكعب من الماء يزن أكثر على الأرض من المتر المكعب من الفلين أو الخشب أو الجليد.

فكر في السباحة في المسبح، ستشعر بأنك أخف وزنا في الماء مقارنة بشعورك عند المشي على الأرض. وذلك لأن قفزتك إلى المسبح تنقلب حجما معتدلا من الماء يعادل حجمك. وبالتالي، ستشعر بـ `قوة الطفو` التي تدفعك للأعلى بقوة تعادل وزن الماء الذي تحركه. ستشعر بأنك أخف وزنا، لأن `الوزن الفعال` في المسبح يكون وزنك الفعلي مطرودا منه قوة الطفو التي تواجهه.

إذا كانت كثافتك أقل من كثافة الماء وبالتالي وزن جسمك أقل من وزن الماء الذي يحل محلك، فستطفو إذا غمرت بالكامل، وستكون قوة الطفو أكبر من وزنك، وإذا لم تعمل على البقاء مغمورا في الماء، فسوف تطفو وفقا لقانون الطفو .