هرگاه جسمی را در داخل شاره ای غوطه ور کنیم،
نیرویی برابر با وزن شاره جابجا میشود.
توسط آن ، بر آن وارد میگردد،
که این نیرو را نیروی ارشمیدس و یا نیروی شناوری میگویند.
این بیان در واقع همان اصل ارشمیدوس است
که از زمان یونان باستان شناخته شده است.
پس وقتیکهجسمی در آب قرار میگیرد به سطح آب فشار وارد میکند
و آب نیز نیرویی به سمت مخالف به آن جسم وارد میکند.
البته نیرویی که آب به جسم وارد میکند به سمت بالا میباشد
اگر نیرویی که آب به جسم وارد میکند از وزن آن بیشتر باشد،
جسم روی آب معلق خواهد ماند و نیرویی که آب به جسم وارد میکند،
با وزن جسم روی سطح آب به تعادل خواهند رسید.
قابلیت معلق ماندن در آن را شناوری میگویند.
ساده ترین آزمایشها شما میتوانید در این مورد انجام دهید
یک شیشه شربت خالی که سر آن را محکم بسته اید
در سطل پر آب بیندازید و ببینید چه اتفاقی می افتد .
این بار شیشه را تا نیمه آب کرده و مجدداً سر آن را ببندید و در سطل رها کنید .
همین کار را با شیشه پر از آب انجام دهید و باز به نتیجه آن دقت کنید .
مشاهده خواهید کرد که :
شیشه خالی شناور میماند
اما به تدریج که با آب پر میشود پایین و پایینتر میرود
و شیشه پر به طور کامل فرو میرود .
این چنین میتوان توضیح داد که :
اگر جسمی از مقدار آبی که به اندازه
همان جسم فضا را اشغال میکند سبکتر باشد ،
در سطح آب شناور میماند .
به عبارت دیگر اگر وزن جسمی از
وزن آب هم حجمش کمتر باشد ، در آب شناور میماند .
ولی زمانیکه شیشه از آب پر شده است
وزن آن از وزن همان حجم آب سنگینتر شده در آب فرو میرود .
دگمه های چوبی و پلاستیکی و برنجی را در لیوان آبی بیندازید .
کدامیک در سطح آب شناور میماند ؟
مثالی دیگر که میتوان مثال زد یک تکه سنگ انتخاب کنید.
و آن را از یک ترازو آویزان نموده
و جرم آن را یادداشت کنید.
حال آن را در داخل یک ظرف آب فرو ببرید
و دوباره جرم آن را از روی ترازو بخوانید.
اختلاف میان دو جرم با جرم آب جابجا شده برابر است.
چون چگالی آب برابر هزار کیلو گرم بر متر مربع است،
تعداد جرم بر حسب گرم برابر است با
حجم بر حسب سانتی متر مکعب ، که با حجم سنگ نیز برابر است.
با تقسیم جرم سنگ بر حجم آن چگالی سنگ بدست میآید.
نمونه مثال دیگری که میتوان به آن اشاره کرد
وقتیکه یک کنده درخت در آب غوطه ور است،
مقداری آب برابر با آب هم حجم خودرا جابجا میکند.
ما وزن آب از وزن کنده بیشتر است
و لذا نیروی شناوری از نیروی وزن بیشتر است. ا
ین قضیه فقط زمانی صادق است که چگالی کنده از چگالی آب کمتر باشد.
عموما اگر چگالی شاره از چگالی جسم بیشتر باشد،
جسم در شاره شناور میشود.
بنابراین دلیل اینکه یک قطعه آهن یا سنگ بلافاصله در داخل آب فرو میرود،
این است که چگالی این اجسام از چگالی آب بیشتر است.
بنابراین شاخه درخت یا تخته چوب در آب به این دلیل شناور میماند
که نیرویی که آب به آن وارد میکند از وزن آن بیشتر میباشد،
همچنین سنگ ریزه چون نیروی وارد آمده از
طرف آب نمیتواند جبران وزن آن را بکند،
در آب فرو خواهد رفت.
با قطع شدن و مردن یک درخت،
تمامی کانالهای میکروسکوپی آن که
وظیفه رساندن آب و مواد غذایی را از
ریشه به شاخه ها داشتند، پر از هوا میشوند.
این هوا باعث میشود که شاخه های مرده سبک تر شوند
و به خوبی روی آب شناور بمانند.
همه میدانیم در برخی از جاها برای
انتقال درخت از جنگل به محلهای مورد نظر،
تنه های بریده شده درخت را در آب میاندازند تا با جریان آب جابه جا شوند.
در این روش کارگران تنها به درختها برای پیدا کردن مسیر کمک میکنند.
در صنعت قایق سازی قدیم قایقهای اولیه از جنس چوب و نی ساخته میشدند
ولی به ندرت در قایقهای مدرن شاهد استفاده از این مواد میباشیم.
امروزه در صنعت قایق سازی مدرن
استفاده از فلز و پلاستیک برای ساخت قایق ها رایج تر میباشد.
آیا میدانید علت غرق شدن کشتیهای بزرگ در دریاها چیست؟
اگر در روی جدولهایی که در کتابهای مختلف وجود دارد،
چگالی فولاد را پیدا کنیم.
ملاحظه میکنیم که چگالی فولاد هفت برابر چگالی آب است،
ولی با وجود این کشتی در آب فرود نمیرودو در سطح آن باقی میماند.
این بدان دلیل است که کشتی عمدتا ازهوا تشکیل شده است تا آب.
بنابر این ، اگر حجم هوای داخل کشتی را نیز به حساب آوریم،
چگالی متوسط کشتی خیلی کمتر از چگالی آب میگردد.
بنابراین با ملاحظه هوای داخل کشتی ،
چگالی متوسط کشتی از چگالی متوسط آب کمتر خواهد بود.
حتماً متوجه شده‌اید که یخ همیشه روی آب شناور است. توده یخ هر چقدر هم که بزرگ باشد، باز هم درآب غرق نمیشود.
حتی کوههای بزرگ یخ نیز رویآب دریاها و اقیانوس‌ها شناور میمانند.
آیا میدانید چرا یخ در،آب غرق نمیشود؟ به‌طور کلی وقتی مایعی به شکل جامد در میآید، منقبض میشود
و مولکول‌هایش به هم نزدیک‌تر میشوند.
به همین دلیل حجم ماده، کم میشود و چگالی آن افزایش مییابد.
بنابراین مواد در حالت جامد سنگینتر از زمانی اند که به شکل مایع درآمده‌اند
همانطور که در بالا اشاره شد قانون اجسام شناور
توسطارشمیدسدانشمند یونانی، کشف شد.
براساس این قانون،
وقتی جسمی داخل آب قرارمیگیرد دو نیرو بر آن اثر میکند. این دو نیرو عبارت‌اند از :
وزن و جسم که جهتی رو به پایین دارد
و نیرویی که از طرف آب و رو به بالا اعمال میشود.
اگر وزن جسم برابر یا کمتر از نیروی باشد که
از سوی آب به طرف بالا وارد میشود،
جسم بر رویآب شناور میماند.
به عبارت دیگر اگر وزن جسم برابر
یا کمتر از وزن آب هم حجمش باشد، جسم بر روی آب شناور میشود.
همانطور که قبلا گفته شد یک تکه چوب، بر رویآب شناور میماند؛
چرا که وزن آن تقریبا نصف وزن آب هم حجمش ست.
بنابراین نیمی از چوب زیر آبو نیم دیگرش بر رویآب قرار میگیرد. چوب‌پنبه نیز وضعی مشابه دارد.
وزن چوب‌پنبه نزدیک به یک پنجم وزن آباست که جایش را میگیرد؛ بنابراین حدود یک پنجم چوب‌پنبه به زیرآب میرود و بقیه آن بر روی آن شناور میماند.
به این ترتیب علت شناور شدن یخ روی آب را نیز میتوان با استفاده از این قانون توضیح داد.
از همه مطالب بالا که اشاره شد نتیجه میتوان گرفت که
آب دارای فشار میباشد.
این فشار با افزایش عمق افزایش مییابد.
اگر جسمی درون آن بیافتد، آب از تمام جهات به آن نیرو وارد میکند،
از بالا، از طرفین و از پایین ولی چون فشار آب با افزایش عمق افزایش مییابد،
فشاری که به زیر جسم وارد میشود
از فشاری که به بالای جسم وارد میشود بیشتر خواهد بود
و این اختلاف فشار باعث میشود که نیرویی که به سمت بالا به جسم وارد میشود
از نیرویی که به سمت پایین به آن وارد میشود بیشتر باشد.
تفاضل این دو نیرویعنی نیرو در جهت بالا و پایین
نیرویی میباشد که آب به جسم وارد میکند
و در صورتیکه از وزن جسم بیشتر باشد، جسم شناور خواهد ماند.
