قوة الطفو، التي غالبًا ما نراها حين يطفو جسم مثل قطعة خشب على وجه المياه، تعتبر أحد المفاهيم الأساسية في الفيزياء التطبيقية. إنها تلك القوة الناجمة عن فرق الضغط بين الجزء السفلي والأعلى من الجسم الغارق في سائل ما. هذه القوة تجعل الكائنات ترتفع أعلى في السائل بدلاً من الغرق.

تعريف قوة الطفو

يتم تحديد قوة الطفو (Fᵷ) وفقاً للقانون الرياضي التالي:

`Fᵷ = ρ g V`

حيث:

* `Fᵷ`: قوة الطفو بوحدة النيوطones (N).

* `ρ`: كثافة السائل بوحدة كيلوجرام لكل متر مكعب (kg/m³).

* `g`: تسارع الجاذبية وهو ثابت قيمته حوالي 9.8 متر لكل ثانية مربعة (m/s²).

* `V`: الحجم الإجمالي للسائل المعادل لحجم الجسم المغمر.

مثالان لتطبيق القانون

المثال الأول - كرة إسفنجية مغمورة بالماء

لنفترض لدينا كرة إسفنجية طولها 2.5 متر, عرضها 0.5 متر و ارتفاعها 0.4 متر وكثافة الماء تعادل 1000 كغ / م3 , وبالتالي فإن حجم الكرة سيكون كما يأتي :

`V = lengthwidthheight = 2.50.50.4 = 0.5 m³`

باستخدام قانون قوة الطفو يمكننا معرفة مقدار قوة الطفو المؤثرة عليها :

`Fᵷ = ρgV = 10009.80.5 = 4900 N.`

المثال الثاني – تاج ذهبي يغوص في الماء

إذا ضغطنا تاغا ذهبيًا في وسط خزان مليء بالماء حتى تغير مستوى المياه بمقدار 1.5 لتر مما يعني حجم الزيادة بالسائل يعادل ذلك الحجم المسكون بالتاج. تحويل الليترات للـ "m³" أولآ :

`1.5 L ≈ 1.5 x 10^-³ m³ `

ومن ثم تطبيق القانون مرة أخرى نحصل علي :

` Fᵷ = ρ g V = 1000 9.8 (1.5 x 10^-³ ) ≈ ١٥ ن .`

تطبيقات عملية لقوة الطفو

هذه الظاهرة ليست مجرد نظرية فحسب بل لها دور حيوي في العديد من المجالات العملية منها :

• التصميم الهندسي للأشكال البالونية ومنصات استخراج النفط تحت سطح البحر وكذلك سفن الشحن العملاقة حيث يتم تحقيق الاستقرار بواسطة تقليل نسبة الوزن والمقاومة بوساطة تصميم شكل جسم الناقلة بشكل مناسب بما يسمح بالحصول علي الحد الأعلى لفترة التشغيل الاقتصادي المحسوبة بناءً علي البيانات المتوفرة حول خواصه الديناميكية الهوائية والبحرية الخاصة بكل نوع منهم حسب درجة عمقه واتجاه الموجات والعوامات المصاحبة له للتكامل البيئي وصيانة سلامة طريق المواصلات البرية والجوية أثناء سفر الركاب وحركة التجارة الدولية عبر الخطوط الرئيسية البحريه العالمية .. وهذا أيضا ينطبق أيضا بالنسبة لأجهزة الطباعة ثلاثية الأبعاد الحديثة المستخدمة حالياً والتي تواجه تحديات جديدة تتعلق بكيفية ضبط معدلات كتلتها ضمن حدود معينة تضمن بلوغ مرحلة اكتماله بدون مشاكل بسبب تأثير قوانين الطبيعية العامة !

في الختام ، تعد فهم طبيعة ظاهرة "القوة الدافعة للأمام" أمر ضروري لاستيعاب كيفية عمل الكثير من التقنيات اليومية والمعمار الحديث بالإضافة إلي تطوير ابتكارات مستقبلية تستغل قوانين الفيزياء المختلفة لتحقيق أدوار وظيفية وأهداف عملية مختلفة ومتنوعه تلبي احتياجات البشر المستقبليه ذات التأثير الواسع الانتشار عالم素疑!