شناوری - آموزش تصویری - زبان ساده
موارد زیر مکمل هم هستند. برای یادگیری پایدار، از همه آنها استفاده کنید:
1- متن را بخوانید
2- در آزمون شرکت کنید
توضیح بیشتر: دکمه راهنما در نوار بالایی را کلیک کنید .
1 - شناوری چیست؟
اگر جسمی در یک شاره( یعنی مایع یا گاز ) قرار گیرد از طرف شاره بر آن جسم، یک نیروی خالص رو به بالا وارد می شود، به این نیرو، نیروی شناوری می گویند.
مثلا وقتی یک ماهی در داخل آب دریا قرار دارد بر آن نیروی شناوری رو به بالا وارد می شود. اگر این نیرو وارد نمی شد ماهی در اثر نیروی جاذبه به کف دریا سقوط می کرد. به طور مشابه دلیل اینکه کشتی در آب غرق نمی شود، نیز نیروی شناوری است. این نیرو رو به بالا، به کشتی وارد می شود تا نیروی وزن را خنثی کند.
در کدام حالت زیر بر جسم، نیروی شناوری وارد می شود.1) غواص قبل از آنکه به درون آب دریا برود.
2) شخصی یک قطعه چوب را داخل آب وارد می کند.
3) فضانوردی در سطح زمین حرکت می کند.
4) فضانوردی در سطح ماه حرکت می کند.
1) نیروی شناوری بر شخص وارد می شود زیرا غواص هر چند وارد آب نشده است، اما در داخل هوا که قرار دارد. یعنی اطراف شخص هوا وجود دارد. نیروی شناوری که هوا ایجاد می کند، بسیار کمتر از آ ب است. در واقع یک هزارم آب است.
2) بله وارد می شود چون چوب داخل آب قرار دارد.
3) وارد می شود زیرا در اطراف این فضانورد هوا وجود دارد.
4) وارد نمی شود زیرا کره ماه اتمسفر ندارد پس شخص داخل شاره قرار نگرفته است.
( اهمیت نکته بالا اینجا بیشتر مشخص می شود).
2 - چرا شاره بر جسم، نیروی شناوری وارد می کند؟
دلیل آن اختلاف عمق است. فرض کنید:
نیروی 1: نیرویی است که از طرف مایع به قسمت پایین جسم وارد می شود. جهت این نیرو به سمت به بالا است.
نیروی 2: نیرویی است که از طرف مایع به قسمت بالای جسم وارد می شود. جهت این نیرو به سمت به پایین است.
با توجه به شکل روبرو، اندازه نیروی 1 بزرگتر از نیروی 2 است. زیرا هر چه عمق مایع بیشتر شود فشار بیشتر می شود و نیرویی که به یکای سطح وارد می شود نیز بیشتر می شود( F = PA). بنابراین نیروی خالصی که از طرف مایع بر جسم وارد می شود رو به بالا است. ( دقت کنید هر دو نیروی 1 و 2 از طرف مایع به جسم وارد می شود این دو نیرو را با نیروی وزن اشتباه نگیرید زیرا نیروی وزن از طرف زمین به اجسام وارد می شود).
فرض کنید اندازه نیروی 1، مساوی 25 نیوتون و اندازه نیروی 2 ، مساوی 15 نیوتون است در این صورت نیروی خالصی که مایع بر جسم وارد می کند برابر 10 نیوتون است. در نتیجه نیروی شناوری برابر 10 نیوتون و رو به بالا است.
3 - کاربرد نیروی شناوری چیست؟
به کمک نیرو شناوری می توانیم بفهمیم اگر جسمی در داخل مایع قرار گیرد آیا غرق می شود یا خیر.
توجه: فرض کنید جسمی را داخل یک مایع قرار داده ایم سه حالت زیر رخ می دهد:
1) حالت شناوری: اگر نیروی شناوری از نیروی وزن جسم بزرگتر باشد جسم به سطح مایع می آید و شناور می شود. یعنی بخش هایی از جسم خارج مایع قرار می گیرد(مانند کشتی روی آب). دقت کنید در حالت شناوری، نیروی وزن و نیروی شناوری با هم برابرند. این موضوع را در انتهای درس بیشتر توضیح می دهیم.
2) حالت غوطه ور: اگر نیروی وزن برابر نیروی شناوری باشد، جسم در داخل آب غوطه ور می شود یعنی می تواند زیر آب باقی بماند. نه به سطح آب می آید و نه ته نشین می شود. در واقع سر جای اولیه خود می ماند( مانند ماهی درون آب).
3) حالت ته نشین: در این حالت نیروی وزن بزرگتر از نیروی شناوری است. بنابراین جسم ته نشین می شود(مانند سنگی که درون آب انداخته می شود).
در شکل روبرو یک جسم را داخل یک مایع می بریم، مشخص کنید در هر حالت چه اتفاقی برای جسم می افتد(Fb یعنی نیروی شناوری و W یعنی نیروی وزن).
الف) Fb = 20N , W= 25N
ب) Fb = 20N , W= 15N
ج) Fb = 20N , W= 20N
الف) چون نیروی وزن از نیروی شناوری بزرگتر است، پس ته نشین می شود.
ب) چون نیروی وزن از نیروی شناوری کوچکتر است، به سطح مایع می آید.
ج) چون نیروی وزن برابر نیروی شناوری است، پس جسم داخل مایع غوطه ور می ماند.
توجه: در حالتی که جسم به طور طبیعی شناور می شود، اگر آن را غوطه ور کنیم( مثلا با فشار دست ) نیروی شناوری از نیروی وزن بزرگتر است. در واقع نیروی شناوری برابر مجموع نیروی وزن و نیروی دست است.
در این حالت اگر جسم را رها می کنیم خود به خود به سطح مایع می آید و بخشی از جسم از مایع بیرون می ماند. در این حالت( یعنی پس از رسیدن به سطح) جسم به تعادل می رسد و نیروی وزن با نیروی شناوری برابر می شود. این نشان می دهد که پس انتقال جسم به سطح مایع، نیروی شناوری کاهش یافته است.
توجه: در حالت غوطه وری: جسم داخل مایع می ماند. یعنی اگر جسم را هر جایی از مایع قرار دهیم همان جا خواهد ماند. اما نکته مهم این است که بخشی از این جسم نمی تواند بیرون از مایع قرار گیرد.
برای آنکه در پاسخ دادن به سوالات دچار اشتباه نشوید به این نکته دقت کنید. در دو حالت جسم شناور و جسم غوطه ور، نیروی وزن برابر نیروی شناوری است.
تفاوت این است که اگر بخشی از جسم بیرون از مایع بماند، جسم شناور است. اما جسم غوطه ور نمی تواند چنین باشد. یعنی همه بخش های آن زیر سطح مایع قرار می گیرند.
بخش نظرات