الطفو وقوة الدفع – قارن واستكشف

ماذا تعرض

يتأثر كل جسم مغمور في سائل بقوة دفع إلى أعلى تساوي وزن السائل الذي يزيحه: F_B = ρ·g·V_sub. يطفو الجسم إذا كانت كثافته أقل من كثافة السائل، ويغوص إذا كانت أكبر، ويبقى معلّقًا إذا تساوت الكثافتان. وعندما يستقر جسم غائص على قاع الحوض، يؤثر القاع فيه بقوة رد فعل عمودية N تكمل التوازن، فيكون W = F_B + N، وهي القيمة التي يقرؤها الميزان. وتبيّن المقارنة أن الكتلة وحدها أو الحجم وحده لا يحددان الطفو، بل الكثافة. كما يرتفع مستوى الماء في الحوض بمقدار حجم الجزء المغمور من المكعبات.

طريقة الاستخدام

ابدأ بشاشة «مقارنة»، واضغط «الكتلة نفسها» وحرّك المنزلق، ثم جرّب «الحجم نفسه» و«الكثافة نفسها» ولاحظ أي المكعبين يطفو. اسحب مكعبًا إلى أسفل الماء ثم أفلته. فعّل «إظهار قيم القوى» لقراءة W وF_B وN. وفي شاشة «استكشاف»، اختر المادة للمكعب A وللمكعب B، وفعّل «إظهار المكعب B» عند الحاجة، وغيّر السائل، وسجّل قراءة الميزان ومستوى الماء في الحوض.

المعاملات القابلة للتغيير

• الشاشة مقارنة, استكشاف
• السائل البنزين (700 kg/m³), زيت الطهي (920 kg/m³), الماء (1000 kg/m³), ماء البحر (1030 kg/m³), العسل (1420 kg/m³), الزئبق (13600 kg/m³)
• نمط المقارنة (شاشة المقارنة) الكتلة نفسها, الحجم نفسه, الكثافة نفسها
• مادة المكعب A (شاشة الاستكشاف) الإسفنج الصناعي (150 kg/m³), الخشب (800 kg/m³), الجليد (920 kg/m³), بلاستيك PVC (1380 kg/m³), الطوب (2000 kg/m³), الألومنيوم (2700 kg/m³), الحديد (7800 kg/m³), مخصّص
• مادة المكعب B (شاشة الاستكشاف) الإسفنج الصناعي (150 kg/m³), الخشب (800 kg/m³), الجليد (920 kg/m³), بلاستيك PVC (1380 kg/m³), الطوب (2000 kg/m³), الألومنيوم (2700 kg/m³), الحديد (7800 kg/m³), مخصّص
• حجم المكعب A 1–10 L
• حجم المكعب B 1–10 L
• إظهار المكعب B (شاشة الاستكشاف)
• إظهار قيم القوى (N) بجانب الأسهم

أسئلة للاستكشاف

1. مكعبان لهما الكتلة نفسها، أحدهما من الطوب والآخر من الخشب. لماذا يطفو أحدهما ويغوص الآخر في الماء؟
2. عندما يستقر مكعب حديد على قاع الحوض، كيف ترتبط قراءة الميزان بالقوتين W وF_B؟
3. لماذا يطفو مكعب الحديد في الزئبق مع أنه يغوص في الماء؟