【عصف ذهني】 هل ارتفع منسوب سطح الماء أم انخفض؟
Thread Content
يوجد في وعاء خشبي كبير كمية كبيرة من الماء، وفوق سطح الماء يطفو وعاء خشبي صغير، وداخل الوعاء الخشبي الصغير يوجد قطعة حديدية. الآن، أخرج هذا الكتلة الحديدية وضعها مباشرة في الماء داخل الحوض الخشبي الكبير، فهل مستوى سطح الماء في الحوض ارتفع أم انخفض مقارنة بالسابق؟
كثافة الحديد أكبر من كثافة الماء، لذا عند وضع قطعة من الحديد في الماء، يقل حجم الماء الذي يتم طرده، ولهذا السبب تنخفض القطعة إلى الأسفل
الانخفاض، حيث أن الحجم الذي يزاحه الحديد من الماء يكون بالتأكيد أقل من الحجم الذي يزاحه الوعاء الصغير.
هل يمكن ألا يتغير شيء؟ على أي حال، الأشياء الموجودة في الوعاء الكبير ثقيلة جدًا
إن كمية الماء التي يجب إزاحتها لرفع قطعة الحديد أكبر بكثير من حجم القطعة نفسها، مما يؤدي إلى انخفاض مستوى سطح الماء.
عند وضع قطعة الحديد في وعاء خشبي، فإن قوة الطفو التي يوفرها الماء تساوي مجموع وزن الوعاء الخشبي الصغير ووزن قطعة الحديد. أما عند وضع قطعة الحديد مباشرة في وعاء خشبي كبير، فإن القطعة الصلبة من الحديد ستغرق في القاع، ولكن سطح قاع الوعاء سيوفر قوة دعم لقطعة الحديد. ووفقًا لمبدأ التوازن القوى، فإن قوة الطفو التي يوفرها الماء على قطعة الحديد تكون أقل من وزن القطعة نفسها، وبالتالي فإن قوة الطفو الكلية على الوعاء الخشبي وقطعة الحديد تكون أقل أيضًا. ووفقًا للمعادلة F=ρgv، فإن انخفاض قيمة F يؤدي إلى انخفاض حجم V، وبالتالي ينخفض مستوى الماء. أما إذا كانت قطعة الحديد غير صلبة، فقد تظل عائمة في الوعاء الخشبي الكبير، وفي هذه الحالة تظل قوة الطفو التي يوفرها الماء ثابتة