شكرا اخ Bassel على هذا الموضوع الفيزيائي...واقدم معلومة حول مفهوم الطفو على سطح سائل :
قــاعــــدة الـطــفـــــو
*إذا طـفا جسم فوق سطح سائل واستـقـر فإن قوة دفع السائل تساوي وزن الجسم الطافي
قوة الـدفع = وزن الجسم الطــــافي = وزن السائل المزاح بواسطة الجزء المغـمور
Fb الدفع =Ws الوزن الحقيقي gV1 ρL = كله ρsgV
*مـا معنى أن : قوة دفع سائل لجسم طافي =20 نيوتن؟
معـنى ذلك أن: وزن الجسم الطافي فوق سطح السائل يعـادل20 نيوتن
أو وزن السائل المزاح بواسطة الجزء المغـمور من الجسم يعـادل20 نيوتن
* ما الحالات التي ينعـدم فيها الوزن الظـــاهــري لجـسم ؟
*إذا كان الجسـم مغـمـورا في اتـزان داخـل السـائل
*إذا كان الجسـم طـافـياً طـفــوا مستـقـراً
اسـتقـرار الأجســـــام الطـــــــافية
(G) مـركــز ثـقـل الجسم: هي نقطـــة تأثـير وزن الجســــم رأسـياً لأســفــل(W)
(B)مركزالدفع:مركز ثقل السائل المزاح بالجزء المغمور وتؤثر خلاله قوةالدفع لأعلىFb
(M)المركز الظاهري للـدفع:هو نقطة تقاطع خـط عمل قوة الدفع مع الخـط الرأسي المار
بمنتصف الجسم الطافي (السفينة) في حالة استقراره
** لاحـــظ : يـوجـــد مـركـز الدفــــــع الظــاهـري في مالا نهاية بانعـدام الميــــــل
* ما شــروط المـيـل المسـتــقـر؟
1- يـقـع مركز الدفع الظاهري (M) فوق مركز الثـقـل(G)
2- البعـد بـين مركز الدفع الظاهري(M) ومركز الثـقـل(G) صـغـيراً
3- خــط عـمـل(Fb) قوة الدفع عـلى يمين خـط عمـل الوزن(ws)
4- عـزم الازدواج يعـمل ضد (عكس) اتجاه الميل فيحافظ على الاستقرار للجسم الطافي
* ما شــروط المـيل غير المستقر؟
1- يـقـع مركز الدفع الظاهري (M) تحـت مركز الثـقـل(G) والبعـد بـينهما كبـيـراً
2- خــط عـمـل(Fb) قـوة الدفــع عـلى يسـار خـــط عــمـل الوزن (ws)
3- عـزم الازدواج يعـمل في اتجاه الميل فيزيد من الميل وعــدم استقرار الجسم الطافي
* حــــــالات الجـــســم الطــــــافي:
(1) طفـو مستـقـر (2) الميــل المستقـر (3) الميــل الغـير مستقـر
يكون فيه مـركز ثـقـل الجسم الطافي B على نفس المحور الرأسي وفي الاتجاه المضاد للقوة الدافعة(Fb)
وعـلى خط عـمل واحد مع الوزن ، بهذه الحالة((M تقـع في مالا نهاية
Fb
Ws جسم طافي غير مستقر ويسهـل إعــادة استقراره لأن عزم الازدواج الناتج عن Fb
، الوزن(Ws) يعمل في اتجاه عكس( ضد) اتجاه المـيل حيث
المركز الظاهري للجسم(M) يقع فوق(أعـلـى) G والازدواج يعـمل في عـكس عـقـارب السـاعة
عند الميل في اتجاه عقارب الساعة Fb الازدواج
المـيل M
Ws
Ws جسم طافي غير مستقر ويصعب إعــادة استقراره لأن عزم الازدواج الناتج عن Fb،
الوزن(Ws) يعمل في اتجاه المـيل حيث المركزالظاهري الجسم(M) يقع تحت(أسفـل) G
والازدواج يعـمل في نفس اتجاه عـقـارب السـاعة عند الميل في اتجاه عقارب الساعة
الازدواج Fb الميلM
Ws
ويؤدي لزيادة الميل حتى الغـــرق( الغوص)
(6) عـلل: يراعى عـدم شحـن سفـينة بكامل حمـــولتها إذا كانت ستنتقـل من من ماء مالح إلى مـاء عــذب؟
* الدفع عـلى السفينة يساوي وزنها في الحالتين ولكن يزداد حجم الجزء المغمـور منها
عـند انتقالها للماء العـذب (النهر) بسبب صغـر كثافته عـن كثافة ماء البحـر فتتعرض
السفينة للغــرق وبالتالي لا تشـــحن بكامل حمولتها
(7) تطفــو السفــينة فـوق الماء بـيـنما يغـوص المسمار الصغير فيه ؟ لـلأسبــاب الآتية:
1- قوة الدفع الناتجة عن حجم الجزء المغـمور من السفينة يكون أكبر من وزنها
2-كثـافـة جسـم السفـينة بسـبب فراغات بها أقــل مـن كثافة المــــاء
3- قــوة الـدفــع على المسمار أقـــل من وزنــه
4- كثافة المسمار أكبر من كثافة الماء لعــدم وجود فراغات داخـل الحديد للمسمار
أحـيانـاً يكون الوزن الظاهـري للجسـم المغـمور في مــائـع ســالب القــيمة ؟
* حينما تصبح قوة الدفع على الجسم أكبـر من وزنــه الحقيقي وبالتالي اتجاه محصلة
الوزن الظاهري للجسم لأعـلـى ضـد الجاذبـية Fb – Ws = -W's
(9) في حالة حدوث ميل خـفيف مفاجيء للسفـينة قد تستطيع العـودة إلى موضع الاستقرار؟
*لأن M مركز الدفع الظاهري يقع فــوقG فيعمل عزم الازدواج ضد ميل السفينة فتعـود لاستقرارها الميل M Fb
(10) يجب أن تكون المسافة بين المركز الظاهري للدفع (M) الازدواج
ومركز لثقـل (G) للسفينة صغــيرة ؟ Ws
*ليكون عزم الازدواج المسبب لعــودة السفــينة لوضعـها الأصــلي ضئيل فتكون عـودة السفينة هادئة ومريـحــة
(11) عــادة تـنقـلب السفـينة في حــالة حـدوث ميـل كبـيـر مفـاجـيء لـها ؟
*لأن المركز الظاهـري للـدفـع(M) يقع أسـفـل مركز ثقـل السفينة(G) فيكون اتجاه
عزم الازدواج الناتج عن Fb ، Ws في نفس اتجاه القوة التي سببت الميل ويزداد
الميل وتنقــلب الســفـينة
(12) أيهما أثــقـل ولماذا كأس مملوء بتمامه بالماء أم نفس الكأس مملوء بتمامه بالماء
ويطفو عليه قطعــة خشــب؟
متساويان لأن الجسم الطافي (خـشب) وبالتالي وزن السائل المزاح يعــادل وزن قطعــة الخشـب
( فيظـل وزن الكأس ثابت)
ملاحظات1- إذا غُـمرت أجسام متساوية الحجم من معادن مختلفة الكثافة في سائل واحد فإن الدفع
أوالنقص في وزنها يكون متساوياًلأن قوةالدفع=النقص في الوزن=gxVρL
2- إذا طفا جسم فوق عدة سوائل مختلفة الكثافة كل بمفرده ( ماء- كيروسيـن)
فإن قوة الدفع للماءأوللسائل متساوية لأن وزن الجسم الطافي ثابت= قوة الـدفع مهما تغـير نوع السائل .
الخميس مارس 29, 2007 5:30 pm
