به گزارش رکنا، شناوری اجسام روی مایع (مثل آب): آزمایش‌هایی برای بررسی اینکه چرا برخی اجسام روی آب می‌مانند و برخی فرو می‌روند (قانون ارشمیدس، چگالی و نیروهای شناوری).
موضوع «شناوری اجسام روی مایع» یکی از مفاهیم پایه‌ای و بسیار آموزنده در فیزیک است که با قانون ارشمیدس و مفهوم چگالی سروکار دارد. در ادامه چند آزمایش ساده و جالب برای بررسی این پدیده آورده‌ام:
یک لیوان آب
یک تخم‌مرغ خام
نمک
لیوان را با آب پر کنید.
تخم‌مرغ را به آرامی داخل لیوان بیندازید. غرق می‌شود.
حالا کم‌کم به آب نمک اضافه کنید و هم بزنید.
بعد از افزودن مقدار کافی نمک، تخم‌مرغ شروع به بالا آمدن می‌کند تا جایی که روی آب شناور می‌ماند.
با افزایش نمک، چگالی آب افزایش می‌یابد. زمانی که چگالی آب بیشتر از چگالی تخم‌مرغ شود، تخم‌مرغ شناور می‌ماند.
یک ظرف بزرگ آب
چند جسم با جنس‌های مختلف (مثلاً چوب، پلاستیک، فلز، سنگ، توپ پینگ‌پنگ)
اجسام را یکی‌یکی داخل آب بیندازید.
مشاهده کنید کدام اجسام روی سطح آب می‌مانند و کدام غرق می‌شوند.
اجسامی که چگالی‌شان کمتر از آب است (مثل چوب یا توپ پینگ‌پنگ)، روی آب می‌مانند. آن‌هایی که چگالی بیشتری دارند (مثل سنگ و فلز)، فرو می‌روند.
ورق آلومینیومی
ظرف آب
یک تکه فویل آلومینیومی را به شکل توپ فشرده کنید و داخل آب بیندازید – غرق می‌شود.
همان فویل را باز کرده و به شکل یک قایق یا کاسه خمیده درآورید.
حالا آن را روی آب بگذارید – شناور می‌ماند!
با تغییر شکل، حجم جابه‌جا شده آب افزایش می‌یابد و باعث می‌شود نیروی شناوری بیشتر از وزن جسم شود، پس جسم شناور می‌ماند.
قانون ارشمیدس: هر جسمی که در مایعی غوطه‌ور شود، به اندازه وزن مایع جابه‌جا شده توسط آن، نیروی شناوری رو به بالا تجربه می‌کند.
چگالی (Density): نسبت جرم به حجم. اگر چگالی جسم از چگالی مایع کمتر باشد، جسم شناور می‌ماند.
مثلاً با جریان هوا (هاورکرافت یا توپ معلق در جریان هوای سشوار).
بسیار عالی! موضوع «معلق ماندن اجسام در هوا با استفاده از جریان هوا» یکی از جذاب‌ترین و بصری‌ترین آزمایش‌های فیزیکی است که برای درک نیروی فشار هوا، نیروی لیفت، و اصل برنولی بسیار مفید است. در ادامه چند آزمایش ساده و جذاب در این زمینه معرفی می‌کنم:
یک سشوار
یک توپ پینگ‌پنگ یا توپ سبک پلاستیکی
سشوار را روشن کنید و آن را به سمت بالا بگیرید تا جریان هوای قوی به سمت بالا ایجاد شود.
توپ را به آرامی در مسیر جریان هوا قرار دهید.
توپ در مسیر جریان هوا معلق می‌ماند و حتی اگر کمی به طرفین برود، دوباره به مرکز جریان برمی‌گردد!
طبق اصل برنولی، هوا با سرعت بالا در مرکز جریان، فشار کمتری ایجاد می‌کند. اگر توپ به سمت بیرون منحرف شود، فشار هوا در اطراف بیشتر می‌شود و آن را به سمت مرکز هل می‌دهد.
سی‌دی قدیمی
بادکنک
درب پلاستیکی از بطری (نوعی که باز و بسته می‌شود)
چسب
درب را به مرکز سی‌دی بچسبانید تا سوراخ سی‌دی را بپوشاند، اما اجازه دهد هوا از آن عبور کند.
بادکنک را باد کرده و سر آن را روی درب بگذارید.
وقتی درب را باز می‌کنید، هوا از بادکنک خارج شده و از زیر سی‌دی می‌گذرد.
هاورکرافت شروع به حرکت آرام روی سطح صاف (مثل میز یا کف اتاق) می‌کند.
سی‌دی کمی از سطح جدا می‌شود و اصطکاک کاهش می‌یابد، بنابراین به‌راحتی حرکت می‌کند.
هوای خارج‌شده از بادکنک یک لایه هوا زیر سی‌دی ایجاد می‌کند که اصطکاک را کاهش داده و جسم را مانند هاورکرافت واقعی معلق نگه می‌دارد.
یک نی پلاستیکی
توپ پینگ‌پنگ
نی را به صورت عمودی نگه دارید و از ته آن فوت کنید.
توپ پینگ‌پنگ را در بالای نی نگه دارید و ببینید که معلق می‌ماند.
باز هم اصل برنولی و جریان هوا باعث می‌شود توپ در تعادل بماند.
اصل برنولی: هرچه سرعت سیال (هوا یا مایع) بیشتر باشد، فشار آن کمتر است.
نیروی لیفت (Lift): نیرویی که در جریان هوا می‌تواند جسمی را بالا نگه دارد.
نیروی فشار هوا: باعث تعادل یا حرکت اجسام می‌شود، بستگی به اختلاف فشار دارد.
