چرا قایق روی آب میماند کلاس اول
وقتی به دریا، دریاچه یا حتی وان حمام نگاه می‌کنیم، شاید این سؤال برایمان پیش بیاید که چرا قایق‌های بزرگ با وزن زیاد، روی آب شناور می‌مانند، اما یک تکه آهن کوچک در همان آب فرو می‌رود؟ پاسخ این پرسش در قانون شناوری ارشمیدس و مفهومی به نام چگالی نهفته است.
قانون ارشمیدس؛ راز اصلی شناوری
حدود دو هزار سال پیش، دانشمندی یونانی به نام ارشمیدس کشف کرد که هر جسمی که در آب (یا هر مایع دیگری) فرو می‌رود، نیرویی از طرف مایع به سمت بالا دریافت می‌کند.
این نیرو را نیروی شناوری یا نیروی ارشمیدس می‌نامند.
طبق قانون ارشمیدس:
هر جسم غوطه‌ور در مایع، به اندازه‌ی وزن آبی که جابه‌جا می‌کند، از طرف مایع به سمت بالا نیرو دریافت می‌کند.
به زبان ساده‌تر یعنی اگر قایق بتواند مقدار زیادی آب را کنار بزند، آب در عوض نیرویی به سمت بالا به آن وارد می‌کند که باعث می‌شود قایق شناور بماند.
چگالی و تأثیر آن بر شناوری
چگالی یعنی مقدار جرم در حجم مشخصی از ماده.
فرمول آن ساده است:
چگالی = جرم ÷ حجم
وقتی چگالی یک جسم از چگالی آب کمتر باشد، جسم روی آب میماند.
اگر چگالی جسم بیشتر باشد، در آب فرو می‌رود.
قایق از فلز ساخته شده است، اما چرا با وجود سنگینی فلز، غرق نمی‌شود؟
زیرا داخل قایق پر از هواست و همین باعث می‌شود چگالی کل قایق (فلز + هوا) از چگالی آب کمتر شود. در نتیجه، قایق روی آب میماند.
شکل قایق چگونه کمک می‌کند؟
شکل قایق‌ها طوری طراحی می‌شود که بتوانند مقدار زیادی آب را جابه‌جا کنند.
کف قایق پهن است تا سطح تماس بیشتری با آب داشته باشد.
وقتی قایق روی آب قرار می‌گیرد، بخش زیادی از آب را به پایین فشار می‌دهد و آب نیز طبق قانون ارشمیدس نیرویی به سمت بالا وارد می‌کند.
اگر این نیروی بالا برابر یا بیشتر از وزن قایق شود، قایق شناور میماند.
تفاوت بین قایق و تکه آهن
اگر همان فلزی که قایق از آن ساخته شده را به شکل یک تکه کوچک و فشرده درآوریم و در آب بیندازیم، فرو می‌رود؛ چون دیگر هوایی درونش نیست و حجمش کم است، بنابراین چگالی‌اش از آب بیشتر می‌شود.
اما وقتی همان فلز را به شکل قایق درمی‌آوریم، فضای درونش پر از هوا می‌شود و حجمش زیادتر از وزنش می‌گردد، پس چگالی کلی کاهش می‌یابد و روی آب میماند.
قایق‌های بزرگ چگونه غرق نمی‌شوند؟
کشتی‌های عظیم‌الجثه مثل کشتی‌های باری یا مسافربری که هزاران تن وزن دارند، هم طبق همین قانون شناور می‌مانند.
طراحی بدنه‌ی آن‌ها به‌گونه‌ای است که بتوانند آب زیادی را جابه‌جا کنند.
علاوه بر آن، درون بدنه‌شان اتاقک‌های هوابندی‌شده وجود دارد که اگر یکی از بخش‌ها پر از آب شود، بقیه قسمت‌ها هنوز پر از هوا باقی می‌مانند و مانع غرق شدن کامل کشتی می‌شوند.
چه زمانی قایق غرق می‌شود؟
اگر وزن قایق یا بار آن بیش از حد زیاد شود، دیگر نیروی شناوری آب نمی‌تواند آن را نگه دارد.
در این حالت قایق به‌آرامی پایین می‌رود تا زمانی که نیروی شناوری با وزن آن برابر شود.
اما اگر وزن از حد تحمل بیشتر باشد، قایق کاملاً غرق خواهد شد.
همچنین اگر آب وارد فضای داخلی قایق شود و جای هوا را بگیرد، چگالی افزایش یافته و قایق فرو می‌رود.
نمونه‌های ساده از زندگی روزمره
- تخته‌ی چوبی روی آب میماند، چون چگالی چوب از آب کمتر است.
- سنگ در آب فرو می‌رود، چون چگالی آن از آب بیشتر است.
- توپ پلاستیکی روی سطح آب شناور میماند، چون درونش پر از هواست.
همه‌ی این مثال‌ها نشان می‌دهند که شناوری فقط به وزن بستگی ندارد، بلکه به نسبت جرم به حجم (چگالی) ارتباط دارد.
جمع‌بندی نهایی
قایق روی آب میماند چون:
- آب نیرویی به نام نیروی شناوری به آن وارد می‌کند.
- چگالی کل قایق (به‌دلیل وجود هوا درون آن) از چگالی آب کمتر است.
- شکل خاص بدنه‌ی قایق باعث می‌شود آب زیادی جابه‌جا شود و نیروی بیشتری از طرف آب به سمت بالا وارد گردد.
بنابراین، حتی یک کشتی فولادی بزرگ هم می‌تواند با اطمینان روی آب حرکت کند، تا زمانی که تعادل بین وزن و نیروی شناوری حفظ شود.
زنگ زدن آهن چه نوع تغییری است چرا کلاس پنجم
