جسم شناور: جسمی که بخشی از آن روی سیال قرار دارد

جسم شناور: راز شناوری روی آب

نیروی مرموز: ارشمیدس چه کشف کرد؟

داستان از این قرار است که ارشمیدس⁵، دانشمند یونانی، هنگامی که در حمام بود، متوجه شد بدنش در آب سبک‌تر احساس می‌شود. او فهمید که سیال (مانند آب) به هر جسمی که در آن قرار می‌گیرد، نیرویی به سمت بالا وارد می‌کند. این نیرو را نیروی شناوری یا نیروی ارشمیدس می‌نامند.

مثال: اگر یک سطل پر از آب داشته باشید و یک توپ را به داخل آن فشار دهید، آبی که از لبه‌ی سطل سرریز می‌کند، دقیقاً هم‌حجم بخشی از توپ است که در آب فرورفته است. نیروی شناوری وارد بر توپ برابر با وزن همین آب سرریز شده است.

چگالی؛ عامل تعیین کننده در شناوری

اما چرا یک تکه چوب شناور می‌ماند اما یک میخ آهنی غرق می‌شود؟ پاسخ در مفهوم چگالی نهفته است. چگالی یک ماده به ما می‌گوید که جرم آن در یک حجم مشخص چقدر است.

حالا، سرنوشت یک جسم در آب به رابطه‌ی بین چگالی جسم و چگالی آب بستگی دارد:

از قایق پارویی تا نفتکش های عظیم

حالا که با اصل شناوری آشنا شدیم، می‌توانیم بفهمیم که یک کشتی عظیم آهنی چگونه شناور می‌ماند در حالی که یک میخ کوچک غرق می‌شود. راز در شکل و حجم جسم است. کشتی طوری طراحی شده است که حجم بسیار زیادی از آب را جابجا کند. با توجه به فرمول نیروی شناوری، این حجم زیاد، نیروی شناوری بسیار بزرگی ایجاد می‌کند. از طرفی، کشتی توخالی است و هوای داخل آن، میانگین چگالی کل ساختار (کشتی + هوای داخل) را به کمتر از چگالی آب کاهش می‌دهد. بنابراین نیروی شناوری بر نیروی وزن غلبه کرده و کشتی شناور می‌ماند.

یک آزمایش ساده: یک ورق آلومینیومی مچاله شده را در آب بیندازید، غرق می‌شود. حالا همان ورق را به شکل یک قایق کوچک درآورید. قایق روی آب شناور خواهد ماند زیرا حجم بیشتری از آب را جابجا می‌کند و نیروی شناوری بیشتری به آن وارد می‌شود.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹ جسم شناور (Floating Object)
² شناوری (Buoyancy)
³ نیروی ارشمیدس (Archimedes' Principle)
⁴ چگالی (Density)
⁵ ارشمیدس (Archimedes)
⁶ دریای مرده (Dead Sea)
⁷ کیسهٔ شنا (Swim Bladder)