حوض الطفو لأرخميدس

حوض الطفو لأرخميدس هو مختبر تفاعلي ثلاثي الأبعاد لسكون الموائع يختبر فيه الطلاب مبدأ أرخميدس عمليًا. تتدلى كتلة اختبار من ميزان نابضي علوي معاير فوق حوض إزاحة مملوء حتى الفوهة. وعندما يسحب الطلاب الكتلة إلى أسفل داخل المائع أو ينقرون على مواد العينة على الرف، ينسكب الماء من الفوهة في كأس تجميع موضوع على ميزان رقمي. تقارن أسهم المتجهات الحية ثلاثية الأبعاد قوة الطفو المتجهة للأعلى F_b = rho_f g V_sub بقوة الجاذبية المتجهة للأسفل mg، بينما تعرض القراءات الوزن الظاهري على الميزان النابضي ووزن الماء المزاح وقوة الطفو بالنيوتن وما إذا كان الجسم يطفو أو يغرق عند تحريره.

• اسحب كتلة الألومنيوم إلى منتصفها ثم بالكامل تحت الماء، وتحقق من أن النقصان في الوزن الظاهري يساوي وزن الماء المزاح في كأس التجميع.
• شغّل خيار الطفو الحر / الغرق واختبر الخشب (600 kg/m³) والجليد (917 kg/m³) لمعرفة النسبة المئوية التي تظل مغمورة من كل كتلة عند الاتزان.
• اختر هيكل قارب أجوف (450 kg/m³) وقارن سلوكه بالحديد المصمت (7870 kg/m³) لتفهم سبب طفو السفن الفولاذية.
• ارفع كثافة المائع من 800 kg/m³ (زيت) إلى 1400 kg/m³ (محلول ملحي كثيف) ولاحظ كيف يكبر سهم قوة الطفو المتجه للأعلى.
• قارن بين الألومنيوم والحديد والذهب عند نفس الحجم البالغ 2.0 L عند غمرها بالكامل للتحقق من أن قوة الطفو تعتمد على الحجم المزاح وليس على كثافة الجسم.

1. 1اذكر نص مبدأ أرخميدس واحسب قوة الطفو باستخدام العلاقة F_b = rho_f g V_sub.
2. 2اشرح لماذا يساوي الوزن الظاهري في مائع الوزن الحقيقي مطروحًا منه قوة الطفو.
3. 3توقع ما إذا كان الجسم سيطفو أو يغرق أو يظل متعادل الطفو من خلال مقارنة كثافته المتوسطة بكثافة المائع.
4. 4اشرح كيف يؤدي تفريغ مادة كثيفة من الداخل إلى خفض كثافتها المتوسطة بحيث يتمكن هيكل السفينة الفولاذي من الطفو.

أسئلة يطرحها المعلمون