ما هي حاسبة قوة الطفو؟
تحسب هذه الأداة قوة الطفو (قوة الدفع) المؤثرة على جسم مغمور في مائع اعتمادًا على مبدأ أرخميدس. تساوي قوة الطفو وزن المائع الذي يزيحه الجسم، وهي تدفع دائمًا إلى أعلى في اتجاه معاكس للجاذبية. ينطبق هذا المبدأ على أي مائع كان (الماء أو الزيت أو الهواء) وعلى أي وحدات من النظام الدولي طالما كانت متوافقة فيما بينها.
كيفية الاستخدام
أدخل ثلاث قيم: كثافة المائع (\(\rho\)) بالكيلوغرام لكل متر مكعب، وتسارع الجاذبية (\(g\)، وقيمته المعتادة 9.81 م/ث²)، والحجم المُزاح (\(V\)) بالمتر المكعب — أي حجم المائع الذي يدفعه الجسم جانبًا. والنتيجة هي قوة الطفو مقدّرة بالنيوتن، إضافة إلى الكتلة المكافئة التي يمكن لهذه القوة أن تحملها.
شرح المعادلة
المعادلة الحاكمة هي $$F_b = \rho \times g \times V$$ هنا يمثّل حاصل ضرب \(\rho \cdot V\) كتلة المائع المُزاح، وعند ضربها في \(g\) تتحول إلى وزن (قوة). ومن الكثافات الشائعة: الماء العذب ≈ 1000 كغ/م³، وماء البحر ≈ 1025 كغ/م³، والهواء ≈ 1.225 كغ/م³.
مثال محلول
لنفترض أن كتلة ما تزيح 0.5 م³ من الماء العذب (\(\rho = 1000\) كغ/م³) عند \(g = 9.81\) م/ث². تكون قوة الطفو: $$F_b = 1000 \times 9.81 \times 0.5 = 4905 \text{ نيوتن}$$ وبقسمة الناتج على \(g\) نحصل على كتلة مكافئة محمولة تساوي 500 كغ.
قيم الثوابت والجاذبية
التسارع الجاذبي \(g\) المستخدم في \(F_b = \rho \cdot g \cdot V\) يحدد مدى قوة سحب كتلة السائل المزاح، وبالتالي القوة الصاعدة. على الأرض، يتم تحديد القيمة القياسية بالتعريف؛ على الأجرام الأخرى تختلف بشكل كبير.
| الموقع | الجاذبية \(g\) (م/ث²) | حالة الاستخدام |
|---|---|---|
| الأرض (قياسي، معرّف) | 9.80665 | قيمة دقيقة مرجعية |
| الأرض (مشترك مقرب) | 9.81 | الهندسة اليومية |
| القمر | 1.62 | سيناريوهات القمر / الجاذبية المنخفضة |
| المريخ | 3.71 | استكشاف الكواكب |
| المشتري (قمة السحب) | 24.79 | أغلفة الكواكب الغازية الضخمة |
تتناسب القوة الطافية بشكل خطي مع \(g\): الجسم نفسه في السائل نفسه سيشعر بحوالي \(1.62 / 9.81 \approx 16.5\%\) فقط من طفوه على الأرض على القمر، لأن السائل المزاح يزن أقل بكثير.
الأسئلة الشائعة
هل تؤثّر كثافة الجسم نفسه؟ لا تؤثّر في قوة الطفو ذاتها — فالعامل الوحيد هو الحجم المُزاح. أما كثافة الجسم فتحدّد ما إذا كان سيطفو أم يغرق عند مقارنة وزنه بقوة الطفو \(F_b\).
أي حجم أستخدمه إذا كان الجسم طافيًا؟ استخدم الحجم المغمور فقط، لأن الجزء المغمور وحده هو الذي يزيح المائع.
لماذا نستخدم القيمة 9.81 م/ث²؟ لأنها قيمة الجاذبية القياسية على سطح الأرض. أما في الكواكب الأخرى أو عند الحسابات الدقيقة فاستخدم القيمة المحلية المناسبة.
