الفيزياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · Grades 1–9
5الطفو والغرق
ألقِ حصاة في بركة صغيرة: تختفي إلى القاع. وألقِ ورقة شجر: تركب السطح مثل قارب صغير. وقت الحمّام، والبِرَك، والغُدران، كلها تطرح السؤال نفسه — ما الذي يطفو، وما الذي يغرق، وهل نستطيع أن نتوقّع قبل أن نُلقيه؟
5.1 يطفو أم يغرق؟
تعريف 5.1 (الطفو والغرق)
يقال إن الشيء يطفو حين يحمله الماء في أعلاه؛ ويقال إنه يغرق حين ينزل إلى القاع. الفلّين يطفو؛ والحصاة تغرق.
طريقة 5.2 (اختبار طفو عادل)
- املأ وعاءً كبيرًا (أو حوض المطبخ) بالماء؛
- ضع الجسم على الماء برفق — ولا تقذفه: فالرشقة قد تدفع حتى الطافي تحت الماء لحظة؛
- أفلته تمامًا، وانتظر وأنت تعدّ حتى ؛
- انظر: ما في الأعلى طافٍ، وما في القاع غارق.
واختبر كل جسم بالطريقة نفسها، حتى تكون المقارنة عادلة.
مثال 5.3 (جرّب: لعبة التصنيف)
اجمع فلّينة، وقطعة نقود، وملعقة بلاستيكية، وملعقة معدنية، وحصاة، وقلمًا، وورقة شجر يابسة، واختبرها واحدة واحدة وفق الطريقة 5.2. الطافيات: الفلّينة، والملعقة البلاستيكية، والقلم، والورقة. والغارقات: قطعة النقود، والملعقة المعدنية، والحصاة. وقبل كل إلقاء، قل توقّعك بصوت عالٍ — وهذا ما يسمّيه العلماء تنبّؤًا، والخطأ فيه نصف المتعة.
5.2 الثقل ليس القصة كلها
يتوقّع كثير من الناس أن “الأشياء الثقيلة تغرق، والخفيفة تطفو”. وللماء مفاجأة لهم.
مثال 5.4 (الجذع وقطعة النقود)
جذع شجرة ساقطة أثقل بكثير من أن ترفعه — ومع ذلك يطفو نازلًا مع النهر. وقطعة نقود صغيرة أخفّ من قطعة بسكويت — ومع ذلك تغرق في الحال. إذن لا يمكن أن يكون الثقل والخفّة هما القاعدة كلها: فالجذع الضخم يطفو بينما تغرق القطعة الصغيرة.
مثال 5.5 (المادة هي التي تحسم)
عُد إلى لعبة التصنيف: طفت الملعقة البلاستيكية وغرقت المعدنية، مع أن لهما الشكل نفسه والعمل نفسه. والذي صنع الفرق هو المادة التي صُنعتا منها — فالخشب والفلّين وأكثر اللدائن موادّ طافية؛ والمعدن والحجر والزجاج موادّ غارقة. والشيء يتصرّف عادةً تصرّف مادته: فالخشب يطفو، غصينًا كان أم جذعًا كاملًا.
ملاحظة 5.6 (قليل من الغموض)
لماذا يطفو الخشب ويغرق المعدن؟ ذلك سؤال حقيقي، وجوابه الكامل من كنوز هذا المنهاج — فهو يحتاج إلى أفكار تأتي في سنوات لاحقة. أما الآن فنجمع ملاحظات جيدة؛ وسيجدنا “اللماذا” مستعدّين.
5.3 الماء يدفع من تحت
مثال 5.7 (جرّب: ادفع الكرة تحت الماء)
خذ كرة طافية في حوض الحمّام وادفعها على مهل تحت الماء براحة يدك. أتحسّ بذلك؟ الماء يردّها إلى الأعلى، وبقوة أشدّ كلما دفعتها أعمق — وإن انزلقت يدك قفزت الكرة خارجة من الماء. فالماء لا يدع الطافيات تستقرّ في أعلاه فحسب: بل يحملها حملًا، كما تحمل يداك رضيعًا.
مثال 5.8 (قارب المعجونة)
دحرج قطعة من معجونة اللعب حتى تصير كرة وألقها في الماء: تغرق — فالمعجونة مادة غارقة. والآن خذ القطعة نفسها وشكّلها وعاءً صغيرًا بجوانب مرتفعة، وضعها برفق على الماء: تطفو! المادة نفسها، والقطعة نفسها — ولم يتغيّر إلا الشكل. فالشكل العريض المجوّف يعطي الماء مساحة أكبر يدفع عليها. وهذا سرّ السفن العظيمة: المعدن مادة غارقة، لكن بدن السفينة المعدني مشكّل كوعاء ضخم مجوّف.
5.4 تمارين
تمرين 5.1 ★
صنّف إلى طافيات وغارقات: فلّينة؛ مفتاح؛ غصين يابس؛ كرة زجاجية؛ بطّة بلاستيكية؛ حجر.
حل
حل التمرين 5.1.
الطافيات: الفلّينة، والغصين اليابس، والبطّة البلاستيكية. والغارقات: المفتاح، والكرة الزجاجية، والحجر.
تمرين 5.2 ★
في الطريقة 5.2، لماذا يجب أن تضع الجسم على الماء برفق بدل أن تقذفه فيه؟
حل
حل التمرين 5.2.
الرشقة قد تدفع حتى الجسم الطافي تحت الماء لحظة، فيخدعك الجسم المقذوف. أما وضعه برفق ثم الانتظار فيجعل الاختبار عادلًا.
تمرين 5.3 ★
قبل الاختبار تتوقّع نورة: “ستطفو الملعقة المعدنية لأن الملاعق تطفو.” ماذا حدث في لعبة التصنيف؟ وإلى ماذا ينبغي أن تنظر نورة بدل عمل الشكل: المادة أم الاسم؟
حل
حل التمرين 5.3.
غرقت الملعقة المعدنية وطفت البلاستيكية. وينبغي أن تنظر نورة إلى المادة التي صُنع منها الشيء، لا إلى اسمه ولا إلى عمله.
تمرين 5.4 ★
اذكر شيئًا ثقيلًا يطفو، وشيئًا خفيفًا يغرق. ماذا يبيّن هذا عن التوقّع القائل “الأشياء الثقيلة تغرق”؟
تمرين 5.5 ★
الغصين يطفو. فهل يطفو جذع شجرة كامل أيضًا؟ وأيّ مثال من الفصل يساعدك على الجواب؟
حل
حل التمرين 5.5.
نعم — فالخشب مادة طافية، والشيء يتصرّف عادةً تصرّف مادته، غصينًا كان أم جذعًا. وجذع المثال 5.4 يطفو نازلًا مع النهر.
تمرين 5.6 ★
ادفع كرة طافية تحت الماء في حوض الحمّام ثم أفلتها. بمَ تحسّ أثناء الدفع، وماذا تفعل الكرة حين تفلتها؟
حل
حل التمرين 5.6.
أثناء الدفع تحسّ بالماء يردّ الكرة إلى الأعلى، وبقوة أشدّ كلما نزلت أعمق. وحين تفلتها تقفز الكرة عائدة إلى السطح — فدفع الماء هو الغالب.
تمرين 5.7 ★
السفن مصنوعة من المعدن، والمعدن مادة غارقة. فأيّ شكل ينقذ السفينة؟ وأيّ تجربة في الفصل تبيّن ذلك؟
حل
حل التمرين 5.7.
شكل الوعاء المجوّف: بدن عريض بجوانب مرتفعة يعطي الماء مساحة أكبر يدفع عليها. وقارب المعجونة في المثال 5.8 يبيّن ذلك — المادة نفسها، لكن شكل الوعاء يطفو.
تمرين 5.8 ★
اختبر وقت الحمّام: أتطفو قنّينة ماء ممتلئة مغلقة أم تغرق؟ وماذا عن القنّينة نفسها فارغة بغطائها؟ قل توقّعك أولًا، ثم جرّب.
حل
حل التمرين 5.8.
القنّينة الممتلئة المغلقة تطفو منخفضة في الماء (بالكاد، في أكثر القنّينات)؛ أما الفارغة بغطائها فتطفو مرتفعة تركب الماء — لأن أكثر ما فيها هواء.
تمرين 5.9 ★★
قارب ليو المصنوع من المعجونة يطفو طفوًا جميلًا — حتى يعصره فيعيده كرة، فيغرق. يقول ليو: “تعب الماء من حمله.” أعطِ تفسيرًا أفضل مستعينًا بما في المثال 5.8.
حل
حل التمرين 5.9.
الماء لا يتعب أبدًا. فالمعجونة معصورة كرةً لا تعطي الماء إلا قاعًا مستديرًا صغيرًا يدفع عليه؛ أما القطعة نفسها مشكّلةً قاربًا مجوّفًا فتنبسط عريضة، ويكفي دفع الماء على ذلك القاع كله لحملها. فالذي تغيّر هو الشكل، لا الماء.