آخر تحديث: 2026-06-14

قوة الطفو

عندما يُوضع جسم في مائع، يدفعه المائع لأعلى بقوة تُسمّى الطفو أو الدفع لأعلى. ويعطي مبدأ أرخميدس مقدارها: تساوي قوة الطفو وزن المائع الذي يزيحه الجسم، $F_b = \rho V g$، حيث $\rho$ كثافة المائع، و$V$ الحجم المُزاح، و$g$ الجاذبية. وتفسّر هذه الفكرة الواحدة لماذا تطفو السفن، ولماذا تشعر بخفّة في المسبح، وكيف يرتفع منطاد الهواء الساخن. ويُقال إن أرخميدس اكتشفها في حمّامه، قبل أكثر من ألفي عام.

تُعيد هذه الحاسبة قوة الطفو الصاعدة وكتلة المائع المُزاح، من كثافة المائع والحجم المُزاح والجاذبية.

لماذا يكون المائع المُزاح هو المفتاح

يزيح الجسم المغمور حجماً من المائع مساوياً لحجمه المغمور. وكان لذلك المائع المُزاح وزن، ويدفع المائع المحيط لأعلى بقوة تساوي ذلك الوزن بالضبط. ولا يدخل في صيغة الطفو أيّ شيء عن مادة الجسم نفسه — بل فقط كمّ المائع الذي يزيحه عن طريقه. فكرة شاطئ وكرة مدفع بالحجم نفسه تشعران بقوة الطفو ذاتها تحت الماء؛ وإنما تختلفان في السلوك لشدّة اختلاف وزنيهما.

الصيغة

والحاصل $\rho V$ هو كتلة المائع المُزاح، فقوة الطفو هي تلك الكتلة مضروبة في $g$ — أي وزن المائع المُزاح، تماماً كما قال أرخميدس.

مثال محلول

وعاء محكم الإغلاق حجمه لتر واحد (0.001 م³) يُمسَك مغموراً كلياً تحت ماء عذب (كثافة 1000 كغ/م³). قوة الطفو هي:

يزيح الوعاء $1000 \times 0.001 = 1$ kg من الماء، ووزنه 9.81 نيوتن — مساوٍ لقوة الطفو. فإن كان الوعاء ومحتواه يزنان أقل من 9.81 نيوتن طفا إلى السطح؛ وإن زاد، غاص.

الطفو أو الغوص

يعود طفو الجسم من عدمه إلى مقارنة الكثافات. فإذا كانت الكثافة المتوسطة للجسم أقل من كثافة المائع، كانت قوة الطفو عند الغمر الكامل أكبر من وزنه، فيصعد حتى يطفو جزئياً خارج الماء، مزيحاً ما يكفي من المائع ليساوي وزنه. وإذا كانت كثافته المتوسطة أكبر، غاص. وتطفو السفينة الفولاذية لأن شكل هيكلها يحتوي حجماً كبيراً من الهواء، فيهبط بالكثافة المتوسطة للمركب كله دون كثافة الماء — رغم أن الفولاذ نفسه أكثف من الماء بنحو ثمانية أضعاف.

القيود

تفترض هذه الحاسبة مائعاً واحداً متجانساً ساكناً وحجماً مُزاحاً معلوماً. وللجسم الطافي جزئياً يجب أن تُدخل الحجم المغمور فقط، لا الجسم كله. ويتجاهل النموذج التوتّر السطحي، الذي يهمّ للأجسام الصغيرة جداً، ويفترض أن كثافة المائع ثابتة — وهو افتراض معقول للسوائل لكنه تقريب فقط في أعماق الغلاف الجوي أو المحيط، حيث تزداد الكثافة مع العمق.