الكثافة وقوة دفع المائع (الطفو)

إذا كان صندوق كبير مغطّى بغطاء علوي فارغًا فإن حجم هذا الصندوق كبير، لكنّ كتلته صغيرة. فإذا وضعت عددًا من الكرات المعدنية في الصندوق فإن كتلته تزداد ويبقى حجمه ثابتًا. وكلما أضفت عددًا أكبر من الكرات عملت على زيادة كثافة الصندوق.

ويمكن لجسمين لهما الحجم نفسه أن تكون كثافتاهما مختلفة. افترض أن ثمّة صندوقين لهما الحجم نفسه؛ أحدهما مملوء بالريش، والآخر مملوء بالحديد. أيهما تكون كثافته أكبر؟ صندوق الحديد؛ لأنه يحوي كتلة أكبر في حيز مماثل للمملوء بالريش.

يطفو الجسم إذا كان أقل كثافة من السائل أو الغاز الذي يوضع فيه، ويغرق إذا كان أكثر كثافة منه.

تنشأ قوة الدفع (الطفو) لأن الجسم في أثناء الانغمار يُبعد المائع عن طريقه ليحلّ محلّه، وفي الوقت نفسه يدفع المائع الجسم إلى أعلى.

ومثال ذلك: يطفو مكعب الجليد إلى أعلى في اتجاه سطح الماء في كأس زجاجية؛ لأن قوة الدفع أكبر من وزن مكعب الجليد.

يفسّر مبدأ أرخميدس لماذا تطفو السفن في الماء والبالونات في الهواء. إذًا الطفو يعتمد على:

1. الكثافة: يمكن جعل أيّ شيء يطفو أو يغطس إذا غيّرت كتلته أو حجمه بحيث تتغيّر كثافته. وكلما زادت كثافة السائل زادت قوة دفعه للجسم، حتى يصبح الجزء الطافي منه أكبر.
2. شكل الجسم: إذا وضعت قطعة من الألومنيوم في الماء فإنها ستغمر، لكن إذا صنعنا من القطعة نفسها علبة من الألومنيوم فإن العلبة يمكن أن تطفو؛ لأن علبة الألومنيوم تحتوي على هواء، وذلك يعني أن كثافتها أقل من كثافة الماء، فتطفو.