السفينة المعدنية تطفو لأنها مجوفة وكبيرة الحجم، فتزيح ماءً أثقل من وزنها، فيدفعها الماء لأعلى حسب قاعدة أرشميدس. أما القطعة المصمتة من نفس الحديد فتغرق لأن ما تزيحه من ماء أخف منها.
المقال
كيف تطفو سفينة من الحديد؟
مسمار صغير يغرق فورًا، وسفينة من آلاف الأطنان من الحديد تطفو. تجيب حلقة "أسئلة نص الليل" عن هذا السؤال بالرجوع إلى قصة العالم اليوناني أرشميدس، ثم بشرح بسيط لشروط الطفو.
قصة أرشميدس وتاج الملك
طلب ملك سيراقوسة من أرشميدس أن يعرف هل التاج الذهبي مغشوش بمعدن أرخص، دون أن يكسره. وأثناء نزوله الحمّام لاحظ أرشميدس ارتفاع منسوب الماء، وأن الماء يدفع جسمه إلى أعلى. ففهم أنه يستطيع مقارنة كمية الماء التي يزيحها التاج بكمية الماء التي تزيحها كتلة ذهب خالص لها نفس الوزن، فإذا اختلفتا فالتاج مغشوش .
قاعدة أرشميدس وحالات الطفو الثلاث
تنص القاعدة على أن أي جسم مغمور كليًا أو جزئيًا في سائل يتعرض لقوة دفع إلى أعلى تساوي وزن السائل الذي أزاحه . ومن هنا ثلاث حالات، تشرحها الحلقة بمثال جسم وزنه 100 كيلوجرام:
- يطفو: إذا استطاع أن يزيح ماءً وزنه أكبر من وزنه، مثل 110 كيلوجرام.
- يغرق: إذا كان أقصى ما يزيحه أقل من وزنه، مثل 90 كيلوجرام.
- يبقى معلقًا: إذا تساوى وزن الماء المزاح مع وزنه.
وللتبسيط: لتر الماء وزنه تقريبًا كيلوجرام واحد.
السر في الشكل والتجويف
تعرض الحلقة تجربة ذهنية: قطعة حديد مصمتة وزنها 100 كيلوجرام تغرق، لأن حجمها صغير فلا تزيح إلا قليلًا من الماء. لكن إذا شكّلنا نفس الحديد في صورة صندوق كبير مجوّف كعلبة الهدايا، يكبر حجمه كثيرًا ويزيح ماءً أكثر من وزنه فيطفو . والهواء داخل التجويف يجعل متوسط كثافة السفينة كلها أقل من كثافة الماء.
ولهذا تغرق السفينة إذا دخلها الماء وملأ تجويفها، لأنها تفقد الحجم الهوائي الذي كان يحملها. فالمهم إذن ليس نوع المادة، بل شكلها وحجمها والتجويف الهوائي داخلها.
محتويات الفيديو
أسئلة
ما هي قاعدة أرشميدس؟
الجسم المغمور في سائل يتعرض لقوة دفع لأعلى تساوي وزن السائل الذي أزاحه.
لماذا يغرق المسمار وتطفو السفينة؟
لأن حجمه صغير ومصمت، فالماء الذي يزيحه أخف من وزنه، بينما السفينة مجوفة وتزيح ماءً أثقل من وزنها.
