الأجسام الغارقة: الوزن مقابل أقصى قوة طفو
1 · توقّع
يُفلت ثقل معدني في الماء فيستقر على القاع مغمورًا بالكامل. متى غمر كليًا، هل تغيير كتلته يغيّر مقدار غمره؟
- الثقل الأثقل يغمر أكثر (فوق 100%).
- مغمور كليًا أصلًا (100%)، فلا زيادة كتلة تغمره أكثر.
- الثقل الأثقل يغمر أقل لأنه يهبط أسرع.
2 · التجهيز
- افتح تجربة الغرق واضغط إعادة. يهبط الثقل عبر الماء ويستقر على أرضية الخزان.
- فعّل مسبر الكسر المغمور على الثقل.
- اضبط كتلة الثقل لكل تجربة، ودعه يستقر، وسجل كسره المغمور.
3 · اجمع البيانات
| كتلة الثقل m (kg) | الوزن mg (N) | الكسر المغمور |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
ارسم الكسر المغمور (المحور y) مقابل الوزن (المحور x) لتجاربك الثلاث.
4 · حلّل
- احسب حجم الثقل الكامل من نصف قطره (0.4 m) وأقصى قوة طفو ممكنة ρ·g·V_full مستخدمًا كثافة ماء 1000 kg/m³. قارنها بوزن كل تجربة.
- اشرح لماذا يبقى الكسر المغمور محددًا عند 1.0 (100%) متى فاق الوزن أقصى قوة طفو، مهما أثقل الثقل.
5 · وسّع
- أقصى قوة طفو لهذا الثقل نحو 24.6 N — أي كتلة دون نحو 2.5 kg ستطفو بدلًا. قارن بتجربة الطفو: ما الذي يحدد طفو الجسم أو غرقه؟
- ماء البحر أكثف من العذب. أيتوجب على ثقل يغمر كليًا في الماء العذب أن يغمر كليًا في ماء البحر؟ اشرح بصيغة قوة الطفو.
الفيزياء خلف هذه التجربة
مبدأ أرخميدس (عند الحد الأقصى)
أكبر قوة طفو يمكن أن يتلقاها جسم أبدًا هي ρ·g·V_full — وزن المائع الذي يزيحه لو غمر كليًا. متى فاق وزن الجسم هذا السقف غرق وبقي مغمورًا كليًا؛ وزيادة الكتلة لا تغمره أكثر لأنه يزيح حجمه كله بالفعل.