مبدأ أرخميدس؛ الطفو

ربما تكون التجربة الموضحة بالشكل 1)) جديدة بالنسبة إليك، وهي توضح الحقيقة المشهورة بأن الأجسام تبدو أقل وزناً عندما تكون مغمورة في سائل. وإذا كنت قد حاولت مرة أن تحمل شخصاً في حمام سباحة فإنك تعلم تماماً أن القوة اللازمة لحمله أقل كثيراً من وزنه. وبالمثل فإن القوة الحاملة T في الشكل 1)) تكون أقل عندما تكون الفرشة مغمورة في الماء. يبدو إذن أن الماء يؤثر على الفرشة بقوة معينة F_B إلى أعلى، وسوف نسمي هذه القوة بقوة الطفو.

الشكل 1)): يؤثر الماء على الفرشة بقوة الطفو F_B إلى أعلى. ويقرأ الميزان T_a/r عندما تكون الفرشة في الهواء ويقرأ T_unter عندما تكون في الماء.

يعرف قانون الموائع الذي يصف قوة الطفو باسم مبدأ أرخميدس. وللوصول إلى هذا القانون لنتأمل الجسم الموضح بالشكل 2)). هذا الجسم يقع تحت تأثير قوة الطفو التي يؤثر بها السائل على الجسم. ومن الواضح أن محصلة تأثير قوى السائل المؤثرة على الجسم تتمثل في قوة إلى أعلى مقدارها F_B.و تعتبر F_B اساساً نتيجة منطقية لحقيقة أن الضغط يزداد مع العمق، بحيث تكون القوة المؤثرة إلى أعلى قاع الجسم أكبر من القوة المؤثرة إلى أعلى أسفل على قاع الجسم.

ولكي ترى مدى كبر قوة الطفو، لاحظ ما يمكن ان يحدث إذا كان الجسم مصنوعاً من نفس مادة السائل، وفي هذه الحالة لن يمكن تمييز الجسم عن السائل. وهكذا سوف يظل الجسم ساكناً دون الحاجة إلى أي قوى لحمله. هذا يعني ان مقدار F_B تكفى بالضبط لحمل الجسم في هذه الحالة ، أي أن F_B = mg، حيث mg وزن الجسم المصنوع من السائل.

من الطبيعي ألا تعتمد قوة الطفو الناتجة عن السائل على مادة الجسم. وعليه فإن F_B تكون ثابتة دائماً وتساوي وزن ذلك الحجم من السائل الذي يريحه الجسم. بهذا نكون قد وصلنا إلى صيغة مبدأ أرخميدس:

إذا غمر جسم جزئياً او كلياً في مائع فإنه يدفع رأسياً إلى أعلى بقوة تساوي وزن المائع الذي يزيحه الجسم.

ويمكنك باتباع نفس هذه الأسلوب في الاستدلال المنطقي أن ترى بنفسك أننا لم نستعمل حقيقة أن السجم المبين بالشكل 2)) مغمور كلياً .