لماذا لا تغرق السفن
السفن لا تغرق لأن شكلها وتصميمها يجعلان كثافتها الكلية أقل من كثافة الماء، فينشأ عنها ما يسمى بقوة الطفو التي ترفعها إلى أعلى وتمنعها من الغرق.
الفكرة في جملة بسيطة
- كل جسم في الماء يتعرض لقوة تسمى "قوة الطفو" تساوي وزن الماء الذي يزيحه هذا الجسم إلى الجوانب.
- إذا كان وزن السفينة أقل أو يساوي وزن الماء المزاح فإنها تطفو، وإذا زاد وزنها عن ذلك تغرق.
قانون أرخميدس والطفو
- ينص مبدأ أرخميدس على أن: الجسم المغمور في سائل يتعرض لقوة دفع إلى أعلى تساوي وزن السائل المزاح.
- هذا يعني: كلما كان الجزء المغمور من السفينة أكبر، زاد حجم ووزن الماء المزاح، وبالتالي زادت قوة الطفو التي تدفع السفينة لأعلى.
- تطفو السفينة حين تتعادل قوة الطفو الصاعدة مع قوة الجاذبية (وزن السفينة) الهابطة.
السر في الكثافة لا في الوزن
- الكثافة = الكتلة ÷ الحجم؛ فحتى لو كانت السفينة ثقيلة جدًّا، يمكن جعل كثافتها أقل من كثافة الماء عن طريق زيادة حجمها واحتوائها على فراغات هواء.
- المسمار الحديد الصغير يغرق لأن كثافته أعلى من كثافة الماء، بينما السفينة الحديدية تطفو لأن داخلها تجويفات مملوءة بالهواء تجعل كثافتها الكلية أقل من الماء.
- عندما يمتلئ هيكل السفينة بالماء (في حالات الغرق) تزيد كثافتها الكلية عن كثافة الماء، فتصبح قوة الوزن أكبر من قوة الطفو وتغرق.
دور التصميم وشكل السفينة
- مصممو السفن يحسبون بدقة حجم الجزء المغمور في الماء، وطريقة توزيع الكتلة، وحجم التجاويف الهوائية، لضمان أن تبقى الكثافة الكلية أقل من كثافة الماء.
- يراعى طول السفينة، عرضها، وعمق الغاطس (الجزء المغمور) حتى تبقى قوة الطفو أكبر من أو مساوية لوزنها في مختلف حالات التحميل.
مثال تخيلي بسيط
تخيّل قطعة حديد صغيرة تلقيها في الماء؛ تغرق فورًا لأن حجمها صغير جدًّا فلا تزحزح إلا مقدارًا قليلاً من الماء لا يكفي لخلق قوة طفو كبيرة.
لكن إذا شكّلت نفس كمية الحديد على هيئة قارب مجوّف بداخله هواء، سيزداد الحجم الكلي الذي يحتلّه في الماء، فيزيح كمية أكبر من الماء، فتزداد قوة الطفو ويطفو القارب.
ملخص قصير (TL;DR):
السفن لا تغرق لأن تصميمها يجعل كثافتها الكلية (حديد + هواء + حمولة) أقل من كثافة الماء، فينشأ عن ذلك قوة طفو (طبقًا لقانون أرخميدس) توازن وزنها وتبقيها طافية.
Information gathered from public forums or data available on the internet and portrayed here.
