حل مراجعة درس خصائص الموائع صفحة 71
1. الفكرة الرئيسة: لماذا تطفو بعض الأجسام فوق سطح الماء، وبعضها يبقى معلقًا، وبعض آخر ينغمر ليستقرَّ في الأسفل؟
يطفو الجسم عندما تكون كثافته أقل من كثافة الماء حيث قوة الطفو أكبر من وزن الجسم، بينما يبقى الجسم معلقًا في الماء عندما تتساوى كثافة الجسم مع كثافة الماء، أما إذا كانت كثافة الجسم أكبر من كثافة الماء فإن الجسم ينغمر في الماء ليستقر في الأسفل.
2. ثلاثة مجسمات متماثلة في الحجم (زجاج، مطاط، سيليكون) كثافة كلٍّ منْها على الترتيب 1.3×10³kg/m³, 9.7×10²kg/m³, 2.5×10³kg/m³,بناء على ما سبق أجيب عما يأتي:
أ. أقارن بين قوى الطفو المؤثرة في المجسمات الثلاثة لحظة إفلاتها:
قوة الطفو المؤثرة في مجسم الزجاج = قوة الطفو المؤثرة في السيليكون = قوة الطفو المؤثرة في المطاط.
ب. أقارن بين قوى المحصلة المؤثرة في المجسمات الثلاثة لحظة إفلاتها:
القوة المحصلة المؤثرة في مجسم الزجاج باتجاه الأسفل < القوة المحصلة المؤثرة في مجسم المطاط باتجاه الأعلى < القوة المحصلة المؤثرة في مجسم السيليكون التي تساوي صفرًا.
3. السبب والنتيجة: ماذا يحدث في كلِّ حالة مما يأتي:
أ. تفريغ خزانات المياه من الغواصة.
تفريغ خزانات المياه في الغواصة: يقل وزنها لتصبح قوة الطفو أكبر من وزنها؛ فتصعد إلى الأعلى.
ب. تقليل درجة حرارة الهواء داخل المنطاد.
عند تقليل درجة حرارة الهواء داخل المنطاد يزداد متوسط كثافته ليدخل الهواء الجوي المحيط به من الفتحة السفلية للمنطاد، فيزداد وزن المنطاد؛ مما يقلل من محصلة قوتي الطفو والوزن، وبناء عليه؛ فإما أن يقل تسارع المنطاد لأعلى وإما أن يصبح معلقًا أو يهبط إلى أسفل؛ حسب مقدار المحصلة واتجاهها، وحالته الحركية السابقة .
ج. زيادة حجم التجويف في السفينة.
عند زيادة حجم تجويف السفينة يزداد حجم السفينة، ويقل متوسط كثافتها؛ مما يسهل طفوها؛ حيث يزداد حجم الجزء الطافي منها.
4. أحسب: قارب مطاطيٌّ يطفو نصف حجمه فوق سطح البحر، فإذا علمت أنَّ كثافة مياه البحر 10124kgm⁻³ فأجد متوسط كثافة القارب.
5. وجدت نور قطعة نقدية قديمة لونها أصفر تشبه الذهب، أرادت التأكد من أنَّ القطعة مصنوعة من الذهب؛ فعلقت القطعة بميزان نابضيٍّ حساس فكانت قراءة الميزان 15.0N كما في الشكل، وعند غمرها في الماء أصبحت قراءة الميزان 13.7N أجيب عما يأتي:
أ . أرسم مخطط الجسم الحرِّ للقطعة بعد غمرها في الماء.
مخطط الجسم الحر كالتالي:
ب. أحسب قوة الطفو:
`F_B=F_g-F'_g`
`F_B=15-13.7=1.3N`
ج. أصدر حكما: هل القطعة النقدية مصنوعة من الذهب؟
علمًا بأن كثافة الذهب `19.3\times10^3kgm^{-3}` وكثافة الماء `10^3kgm^{-3}`
بما أن كثافة القطعة اختلفت عن كثافة الذهب؛ فهذا يدل على أن القطعة ليست مصنوعة من الذهب.
6. أحسب: بالون مملوء بغاز الهيليوم، ما أقلُّ حجم للبالون ليتمكن من رفع ثلاثة أشخاص مجموع كتلهم يساوي 180kg علمًا بأن كتلة السلة التي تحملهم مع كتلة مادة البالون تساوي 30kg وكثافة الهواء 1.29kg m⁻³ وكثافة الهيليوم 0.179kg m⁻³ ?
