عربة التسوق

الدرس الثاني: الكثافة والطفو (قاعدة أرخميدس، تطبيقات الطفو)

الدرس الثاني: الكثافة والطفو (قاعدة أرخميدس، تطبيقات الطفو)

المتوسط - الصف الثامن

إعداد المعلم أ. عبدالفتاح مطر
شرح الدرس (صوت)

الدرس الثاني: الكثافة والطفو

1. الكثافة (Density)

التعريف: هي كتلة المادة الموجودة في وحدة الحجم.

D = m / V

حيث:
D: الكثافة (Density)
m: الكتلة (Mass) (كغم أو جم)
V: الحجم (Volume) (م³ أو سم³)

الخاصية: الكثافة صفة مميزة للمادة (ثابتة للمادة النقية عند نفس الظروف).

مقارنة الكثافة (كتلة 1 سم³ من مواد مختلفة)

لاحظ أنه رغم تساوي الحجم (جميعها مكعبات بنفس الحجم)، إلا أن الكتلة تختلف بشكل كبير. هذا الاختلاف هو ما نسميه الكثافة.

تطبيق عملي: كثافة السوائل (برج الكثافة)

تختلف السوائل أيضاً في كثافتها. السائل الأقل كثافة يطفو فوق السائل الأعلى كثافة، ولا يمتزجان إذا كانا غير قابلين للامتزاج (مثل الزيت والماء).

مثال: عند وضع الزيت والماء والعسل في وعاء واحد، يترتبون تلقائياً بحيث يستقر العسل (الأعلى كثافة) في القاع، يليه الماء، ثم يطفو الزيت (الأقل كثافة) على السطح.

2. قاعدة أرخميدس (Archimedes' Principle)

"الجسم المغمور كلياً أو جزئياً في مائع يتعرض لقوة دفع لأعلى (قوة الطفو) تساوي وزن المائع المزاح."

قوة الطفو (Buoyant Force):

  • تعمل عكس اتجاه الجاذبية (لأعلى).
  • تعتمد على كثافة السائل وحجم الجزء المغمور من الجسم.
  • تسبب نقصان الوزن الظاهري للجسم داخل السائل.

3. العلاقة بين قوة الطفو والوزن للأجسام المغمورة

عندما يُغمر جسم كلياً في سائل، فإنه يقع تحت تأثير قوتين رأسيتين متعاكستين:

1. قوة الوزن (Fg): للأسفل
2. قوة الطفو (Fb): للأعلى
العلاقة بين القوىالمحصلة والحركةالنتيجة النهائية
Fb > Fgالمحصلة للأعلى (يتحرك الجسم لأعلى بتسارع)يطفو (يستقر جزء منه فوق السطح حتى يتساوى الوزن مع الطفو).
Fb < Fgالمحصلة للأسفل (يتحرك الجسم لأسفل بتسارع)يغوص (يستقر في قاع الوعاء).
Fb = Fgالمحصلة صفر (حالة اتزان)يبقى معلقاً (ساكناً) في أي مكان داخل السائل.

أمثلة حسابية محلولة

مثال 1: حساب الكثافة

جسم كتلته 50 غرام وحجمه 10 سم³. احسب كثافته.

D = m / V

D = 50 g / 10 cm³

D = 5 g/cm³

مثال 2: حساب قوة الطفو

غمر حجر في الماء، فأزاح كمية من الماء وزنها 4 نيوتن. ما مقدار قوة الطفو المؤثرة عليه؟

حسب قاعدة أرخميدس:

قوة الطفو = وزن السائل المزاح

Fb = 4 N

مثال 3: هل يطفو الجسم؟

مكعب من الخشب كثافته 0.6 g/cm³ وضع في حوض ماء (كثافته 1.0 g/cm³). هل يطفو أم يغوص؟ ولماذا؟

نقارن كثافة الجسم بكثافة السائل:

  • كثافة الخشب (0.6) < كثافة الماء (1.0)

النتيجة: يطفو الجسم على السطح لأن كثافته أقل من كثافة الماء.

4. تطبيقات عملية

السفن والغواصات:

تصمم السفن بتجاويف هوائية كبيرة لتقليل كثافتها الكلية فتصبح أقل من كثافة الماء وتطفو. الغواصات تتحكم في كثافتها بملء وإفراغ خزانات الاتزان.

المنطاد:

يملأ بغاز الهيليوم أو الهواء الساخن (أقل كثافة من الهواء البارد) ليرتفع للأعلى.

مقياس كثافة السوائل (الهيدروميتر):

أداة تستخدم لقياس كثافة السوائل (مثل فحص شحن بطارية السيارة أو كثافة الحليب) بناءً على مبدأ الطفو.

أسئلة للتفكير

  • لماذا يسهل السباحة في البحر الميت (شديد الملوحة) مقارنة ببركة السباحة العادية؟
  • كيف تستطيع سمكة العوم البقاء ثابتة في عمق معين دون بذل مجهود؟
  • إذا كان الجليد ماءً صلباً، فلماذا يطفو فوق الماء السائل؟

خلاصة الدرس

1. الكثافة:

صفة مميزة للمادة تعبر عن كتلة وحدة الحجم ($D=m/V$). الأجسام الأقل كثافة تطفو فوق السوائل الأعلى كثافة.

2. قاعدة أرخميدس:

الجسم المغمور في مائع يتعرض لقوة طفو للأعلى تساوي وزن المائع الذي أزاحه.

3. الطفو والغوص:

  • يطفو: إذا كانت كثافته أقل من كثافة السائل ($F_b > F_g$).
  • يغوص: إذا كانت كثافته أعلى من كثافة السائل ($F_b < F_g$).
  • يعلق: إذا تساوت الكثافتان.

4. التطبيقات:

السفن تطفو لأن تجاويف الهواء تقلل كثافتها الكلية، والغواصات تتحكم في طفوها عبر خزانات الاتزان.


مرحباً، مرحبًا بعودتك!
نسيت كلمة السر؟
ليس لديك حساب؟
سجّل الآن