ما هي حاسبة قوة الطفو؟
تحسب هذه الأداة قوة الطفو الصاعدة التي يبذلها مائع على جسم مغمور كليًا أو جزئيًا. وهي تستند إلى مبدأ أرخميدس الذي ينص على أن قوة الطفو تساوي وزن المائع الذي يزيحه الجسم. وتعمل الحاسبة مع أي مائع (ماء، زيت، هواء، ماء البحر) وعلى أي كوكب — كل ما عليك هو ضبط قيمتي الكثافة والجاذبية.
كيفية الاستخدام
أدخل ثلاث قيم: كثافة المائع بوحدة كجم/م³ (الماء العذب ≈ 1000، ماء البحر ≈ 1025، الهواء ≈ 1.225)، وحجم المائع المُزاح بالمتر المكعب (حجم المائع الذي يُدفع جانبًا، ويساوي الحجم المغمور من الجسم)، وتسارع الجاذبية (9.81 م/ث² على سطح الأرض). تعطيك الحاسبة قوة الطفو بوحدة النيوتن إضافةً إلى الكتلة المكافئة للمائع المُزاح.
شرح المعادلة
المعادلة الحاكمة هي Fb = ρ · g · V، حيث ρ (رو) هي كثافة المائع، وg هي الجاذبية، وV هو حجم المائع المُزاح. حاصل ضرب ρ · V يعطي كتلة المائع المُزاح، وضربها في g يحوّل تلك الكتلة إلى وزن (قوة). وبما أن قوة الطفو تعتمد على المائع المُزاح فقط — لا على مادة الجسم نفسه — فإن سفينة من الفولاذ تطفو بينما تغرق كرة فولاذية، تبعًا لمقدار الحجم الذي يزيحه كل منهما.
مثال محلول
صندوق محكم الإغلاق حجمه 0.05 م³ مغمور تمامًا في ماء عذب (ρ = 1000 كجم/م³) على سطح الأرض (g = 9.81 م/ث²). تكون قوة الطفو: Fb = 1000 × 9.81 × 0.05 = 490.5 نيوتن. وهذا يساوي وزن 50 كجم من الماء المُزاح — فإذا كان وزن الصندوق أقل من 490.5 نيوتن فإنه يطفو، وإن كان أكبر فإنه يغرق.
الجاذبية والثوابت المرجعية
يحدد التسارع الجاذبي الجاذبية قوة جذب السوائل المزاحة، وبالتالي قوة الطفو. جاذبية الأرض القياسية هي القيمة الافتراضية المعتادة؛ وتُدرج الأجسام الأخرى للمسائل خارج كوكب الأرض أو المسائل المقارنة.
| الجسم | الجاذبية (م/ث²) |
|---|---|
| الأرض (قياسية، g₀) | 9.80665 |
| القمر | 1.62 |
| المريخ | 3.71 |
| المشتري (أعلى السحب) | 24.79 |
المتغيرات والوحدات (SI)
| الرمز | الكمية | وحدة SI |
|---|---|---|
| \(\rho\) | كثافة السائل (rho) | كجم/م³ |
| \(V\) | الحجم المزاح (الحجم) | م³ |
| \(g\) | التسارع الجاذبي (الجاذبية) | م/ث² |
| \(F_b\) | قوة الطفو | N (نيوتن) |
احتفظ بجميع المدخلات الثلاثة في وحدات SI بحيث تأتي النتيجة بالنيوتن: \(F_b = \rho \, g \, V\). حول اللترات إلى أمتار مكعبة بالقسمة على 1000، وجرامات لكل سنتيمتر مكعب إلى كجم/م³ بالضرب في 1000.
الأسئلة الشائعة
هل يؤثر وزن الجسم في قوة الطفو؟ لا. تعتمد قوة الطفو فقط على حجم المائع المُزاح وكثافته والجاذبية. أما وزن الجسم فيحدد ما إذا كان سيطفو أم لا، لكنه لا يؤثر في قوة الطفو نفسها.
ما الحجم الذي ينبغي إدخاله؟ أدخل الحجم المغمور — أي حجم المائع المُزاح فعليًا. وبالنسبة لجسم مغمور كليًا فهو حجمه الكامل؛ أما الجسم الطافي فهو الجزء الواقع تحت سطح المائع فقط.
هل يمكن استخدامها مع الهواء أو الغازات؟ نعم. استخدم كثافة الغاز المحيط (الهواء ≈ 1.225 كجم/م³) لتقدير قوة الرفع على البالونات والمناطيد.
