كيف تطفوا السفن على الماء رغم أنها ثقيلة جدا؟

هل تساءلت يومًا كيف تبقى السفن الضخمة، التي تزن آلاف الأطنان، طافيةً على الماء بدلًا من أن تغرق؟ يكمن الجواب في مبدأ علمي يُسمى الطفو، اكتشفه العالم اليوناني القديم أرخميدس. لنشرحه ببساطة.

سحر الطفو

الطفو هو القوة الصاعدة التي يفرضها الماء (أو أي سائل آخر) على جسم موضوع فيه. وفقًا لمبدأ أرخميدس، عندما يُغمر جسم في الماء، فإنه يزيح (يدفع جانبًا) حجمًا من الماء يساوي حجم الجزء المغمور منه. إذا كان وزن الماء المُزاح مساويًا لوزن الجسم أو أكبر منه، فإنه يطفو.

كيف تستخدم السفن هذا المبدأ؟

صُممت السفن بطريقة تُعزز قدرتها على الطفو. ورغم أنها مصنوعة من مواد ثقيلة كالفولاذ، إلا أن هيكلها (جسم السفينة) مجوف ومملوء بالهواء، مما يجعل الكثافة الكلية للسفينة (الكتلة/الحجم) أقل من كثافة الماء.

• مقارنة الكثافة: الفولاذ أكثر كثافة من الماء بكثير، لذا فإن كتلة فولاذية صلبة ستغرق. لكن السفينة تتكون في معظمها من فراغ (هواء)، مما يجعل متوسط ​​كثافتها أقل من الماء.
• الإزاحة مهمة: تدفع سفينة كبيرة كمية هائلة من الماء جانبًا. يُولّد وزن هذا الماء المُزاح قوة صاعدة كافية لموازنة وزن السفينة، وإبقائها طافية.

الشكل والاستقرار

يساعد الشكل العريض والمنحنى لهيكل السفينة على توزيع وزنها على مساحة واسعة، مما يسمح لها بإزاحة المزيد من الماء دون أن تغرق. لو كانت السفينة ضيقة وعميقة، لما أزاحت كمية كافية من الماء، وقد تنقلب أو تغرق.

ماذا يحدث إذا أصبحت السفينة ثقيلة جدًا؟

إذا كانت السفينة مثقلة، فإنها تغرق أعمق في الماء. إذا أزاحت ماءً أكثر من وزنها، فإنها تبقى طافية. أما إذا تجاوز الوزن قوة الطفو، فإنها تغرق. لهذا السبب، تحمل السفن خطوط حمولة (علامات على هيكلها) لتوضيح أقصى وزن آمن يمكنها حمله.