كيف تؤدي الاختلافات في ضغط السوائل إلى الطفو؟

جميع السوائل عبارة عن سوائل ، ولكن المثير للاهتمام ، ليست كل السوائل سوائل. أي شيء يمكن أن يتدفق - مثل الغاز - هو سائل ، ويمكن أن يخلق قوة طفو. يحدث الطفو عندما تمارس مناطق الضغط العالي الموجودة أسفل جسم ما قوة لأعلى باتجاه مناطق الضغط المنخفض. ومع ذلك ، يتم تحديد مقدار قوة الطفو التي يمارسها السائل من خلال حجم الجسم ووفقًا لمبدأ أرخميدس.

قبل أن تتمكن من فهم كيف يمكن أن تؤثر الاختلافات في ضغط السوائل على الطفو ، عليك أولاً أن تفهم كيف يتصرف الضغط في السوائل. ينص مبدأ باسكال على أنه عندما يتم تغيير الضغط في أي مكان داخل نظام مغلق ، فإن هذا التغيير في الضغط سيشعر بالتساوي في كل نقطة داخل هذا النظام وفي جميع الاتجاهات. هذا المبدأ هو الذي يسمح للأنظمة الهيدروليكية بالعمل. كما أنه يفرض أنه داخل جسم سائل حيث لا توجد أي عوامل إضافية تؤثر على الضغط ، سيظل الضغط ثابتًا وحتى. على الرغم من ذلك ، توجد على الأرض عادة قوة أخرى على الأقل تسبب تباينًا في ضغط السائل ، وهذه القوة هي الجاذبية.

تسحب الجاذبية كل شيء له كتلة. لذلك ، عندما تسحب الجاذبية إلى أسفل على جسم سائل ، فإن وزن السائل في الأجزاء العلوية من الجسم تتراكم على السائل في الأجزاء السفلية ، مما يخلق درجة من الضغط المتزايد وأنت تتحرك إلى أسفل داخل ذلك سائل. على سبيل المثال ، إذا كنت تغوص في أعماق بحيرة ، فسوف تشعر بضغط متزايد في أذنيك - وربما حتى ضد جسمك - كلما تعمقت في الغوص. إذا توقفت عن السباحة لأسفل ، فإن الضغط الأعلى أدناه سيدفعك مرة أخرى نحو منطقة الضغط المنخفض. وبهذه الطريقة ، خلقت الجاذبية ديناميكية ضغط تملي على وجود ضغط أكبر دائمًا تحت جسم مغمور أكثر من الضغط فوقه.

أخذ الفيلسوف وعالم الرياضيات اليوناني أرخميدس هذا الفهم للضغط خطوة إلى الأمام ، وكان له معنى لماذا يطبق السائل قدرًا معينًا من القوة الصاعدة على جسم ما ويؤدي إلى ارتفاعه وتطفو أو السماح له مكتب المدير. قرر أن القوة الصاعدة كانت مساوية لوزن الماء الذي أزاحه الجسم المغمور. على سبيل المثال ، يزن الماء جرامًا واحدًا لكل سنتيمتر مكعب. إذا قمت بغمر كرة حجمها 25 سم مكعب ، فستكون قد أزاحت 25 جرامًا من الماء. لذلك ، فإن قوة الطفو الناتجة على تلك الكرة ستكون 25 نيوتن (نيوتن هي وحدات تقيس القوة). تعتمد قوة الطفو هذه دائمًا على كتلة الماء المزاح ، وليس كتلة الجسم.

الكثافة هي في النهاية العامل الذي يحدد ما إذا كان الجسم سوف يطفو أو يغرق أو يظل طافيًا بشكل محايد في السائل. على سبيل المثال ، إذا كانت الكرة التي يبلغ قطرها 25 سم مكعبًا مجوفة ومليئة بالهواء ، فستكون أخف من 25 جرامًا من الماء التي أزاحتها ، وستطفو. إذا كانت الكرة مصنوعة من مادة أكثر كثافة ، مثل الحديد ، فقد تكون أثقل كثيرًا وتغرق بسرعة في قاع جسم الماء. إذا قمت بغمر كرة تزن 25 جرامًا بالضبط ، فإن قوة الطفو لن تدفعها إلى السطح ، ولكن ستمنعها ببساطة من الغرق. ستبقى هذه الكرة عائمة بشكل محايد في جسم السائل حتى يتم التصرف عليها من قبل قوة خارجية.