recent

الأربعاء، 27 مارس 2019

سفن وقوارب | كيف تطفو؟ | تاريخ السفن - شرح كامل


لماذا السفينة لا تغرق رغم أنها ثقيلة
لماذا السفينة لا تغرق في البحر والمسمار يغرق
سبب عدم غرق السفن من الحديد والفولاذ
لماذا تطفو السفن فوق الماء ولا تغرق
ما سبب طفو السفينة
ما سبب عدم تغرق السفن؟
كيف تبقى السفينة فوق الماء
لماذا تغرق السفن
الاجابة : 
لا يمكنك المشي على الماء: أنت ثقيل جدًا وستغرق مثل الحجر. لكن حاملة الطائرات هذه يمكن أن تطفو ، على الرغم من أنها بطول أكثر من 300 متر (1000 قدم) ، على الأقل مليون مرة أثقل منك ، وتحمل حوالي 70 طائرة و 4000 بحار. تعد السفن (السفن الكبيرة المحيطة بالمحيطات) والقوارب (الأصغر منها) مثالًا رائعًا على كيفية تطبيق العلم لحل مشكلة بسيطة. إن أكثر من ثلثي سطح الأرض مغطى بالمياه ، لذا فإن العلم يساعدنا أيضًا في الوصول إلى الأمواج. كيف بالضبط تفعل السفن الأشياء الخاصة بهم؟ دعونا نلقي نظرة فاحصة!

على مسافة 342 مترًا (1123 قدمًا) من القوس إلى المؤخرة ، كانت حاملة الطائرات "يو إس إس إنتربرايز" أطول سفينة في العالم حتى تقاعدها في عام 2013. على الرغم من الحجم الضخم لهذه السفينة ، لاحظ كيف تم الإشارة إلى أن قوسها (الأمامي) شديد الوضوح تمامًا إنه يدفع الماء بعيدًا ، مما يخلق مقاومة أقل ويسمح للسفينة بالتحرك بشكل أسرع وأكثر كفاءة. الصورة من قبل بروكس B. باتون من باب المجاملة البحرية الأمريكية.

ما هي القوارب؟
ليس هذا سؤال سخيف! السفينة أو القارب (سنطلق عليها جميع القوارب من الآن فصاعدًا) هي مركبة يمكنها أن تطفو وتتحرك في المحيط أو النهر أو أي مكان مائي آخر ، إما من خلال قوتها الخاصة أو باستخدام الطاقة من عناصر الرياح أو الأمواج أو الشمس). تتنقل معظم القوارب جزئياً وفوق المياه جزئياً ، لكن بعضها (لا سيما الحوامات والقذائف المائية) ترفع وتسرع فوقها بينما تمر أخرى (الغواصات والغواصات ، وهي غواصات صغيرة) تحتها بالكامل. هذه تبدو كأنها اختلافات مائلة تمامًا ، لكنها تتضح أنها مهمة جدًا - كما سنرى في لحظة.

لماذا تطفو القوارب؟
يمكن لجميع القوارب أن تطفو ، لكن العائمة أكثر تعقيدًا وإرباكًا مما تبدو عليه ، ومن الأفضل مناقشتها من خلال مفهوم علمي يسمى الطفو ، وهو القوة التي تسبب العائمة. أي كائن سوف يطفو أو يغطس في الماء اعتمادًا على كثافته (مقدار وزن معين معين). إذا كان أكثر من الماء ، فإنه عادة ما تغرق. إذا كان أقل كثافة ، وسوف تطفو. لا يهم كم هو كبير أو صغير الجسم: سوف تغرق حلقة ذهبية في الماء ، بينما تطفو قطعة من البلاستيك بحجم كرة القدم. القاعدة الأساسية هي أن الجسم سوف يغرق إذا كان يزن أكثر من نفس الحجم بالضبط من الماء. ولكن هذا لا يفسر حقًا سبب تعويم حاملة الطائرات (المصنوعة من المعدن الكثيف) ، لذلك دعونا نستكشف المزيد.

الطفو الإيجابي والسلبي والمحايد
الطفو هو أسهل في فهم التفكير في غواصة. لديها طائرات غوص (مثبتة على الزعانف) وخزانات الصابورة التي يمكن أن تملأ بالماء أو الهواء لجعلها ترتفع أو تسقط حسب حاجتها. إذا كانت الخزانات مملوءة تمامًا بالهواء ، يُقال إنها ذات طفرة إيجابية: تزن الخزانات أقل من حجم متساوٍ من الماء وتجعل الطبقة الفرعية تطفو على السطح. إذا كانت الخزانات مملوءة جزئيًا بالهواء ، فمن الممكن جعل الغواصة تطفو على عمق متوسط ​​من الماء دون أن ترتفع أو تغرق. وهذا ما يسمى الطفو محايد. الخيار الآخر هو ملء الخزانات بالكامل بالماء. في هذه الحالة ، تغمر الغواصة سلبًا ، مما يعني أنها تغرق في قاع البحر. تعرف على المزيد حول كيفية ارتفاع وتراجع الغواصات.

الغواصة PCU نورث داكوتا خلال التجارب البحرية.

 يمكن أن ترتفع الغواصات إلى السطح أو الحوض إلى أي اختلاف في العمق من خلال التحكم في الطفو. يفعلون ذلك عن طريق ترك كميات دقيقة من الماء أو الهواء في خزانات الصابورة الخاصة بهم. الصورة مجاملة من البحرية الأمريكية.

الطفو على السطح
الآن لا تعمل معظم القوارب بنفس الطريقة التي تعمل بها الغواصات. إنها لا تغرق ، لكنها لا تطفو أيضًا. يطفو قارب جزئيًا ويغرق جزئيًا وفقًا لوزنه ومقدار الوزن الذي يحمله ؛ كلما زاد مجموع هذين الأوزان ، انخفض في الماء. لا يوجد سوى وزن كبير يمكن أن يحمله القارب دون أن يغرق في الماء لدرجة أنه ... لا يغرق فعليًا تمامًا! لكي تبحر السفن بأمان ، نحتاج إلى معرفة مقدار الوزن الذي يمكن أن نضعه عليها أو دون أن نقترب من هذه النقطة. فكيف يمكننا معرفة ذلك؟
مبدأ أرخميدس
الشخص الذي وضع الإجابة أولاً كان عالم الرياضيات اليوناني أرخميدس ، في وقت ما من القرن الثالث قبل الميلاد. وفقًا للأسطورة الشائعة ، تم إعطاؤه مهمة معرفة ما إذا كان التاج المصنوع للملك إما ذهبًا صلبًا أو مزيفًا رخيصًا مصنوعًا جزئيًا من مزيج من الذهب والفضة. تقول إحدى روايات القصة إنه كان يستحم ولاحظ كيف ارتفع منسوب المياه وهو يغمر جسده. أدرك أنه إذا أسقط تاجًا ذهبيًا في الحمام ، فسيؤدي ذلك إلى دفع أو "إزاحة" حجم المياه الخاص به على الجانب ، مما يمنحه فعليًا وسيلة سهلة لقياس حجم كائن معقد للغاية. من خلال وزن التاج ، يمكنه بسهولة تحديد كثافته (كتلته مقسومة على حجمها) ومقارنتها بكتلة الذهب. إذا كانت الكثافة أقل من الذهب ، فمن الواضح أن التاج كان مزيفًا. تخبرها إصدارات أخرى من القصة بطريقة مختلفة قليلاً - ويعتقد الكثير من الناس أن القصة بأكملها ربما تكون على أي حال!

في وقت لاحق ، توصل إلى قانون الفيزياء الشهير المعروف الآن باسم مبدأ أرخميدس: عندما يستريح شيء ما في الماء أو في الماء ، فإنه يشعر بقوة تصاعدية (مكافئة) مساوية لوزن الماء الذي يدفعه (أو يزيح) . إذا غُمر جسم ما بالكامل ، فإن هذه القوة المزدهرة ، التي تدفع لأعلى ، تقلل من وزنها بشكل فعال: يبدو أنها تزن أقل عندما تكون تحت الماء أكثر من وزنها إذا كانت في الأراضي الجافة. هذا هو السبب في أن شيئًا ما يشبه لبنة الغوص المطاطي (أحد تلك الطوبات التي تدربها في حمام السباحة) يكون أخف وزناً عندما تلتقطه من تحت الماء أكثر مما تشعر به عندما تنقله إلى السطح وترفعه عبر الهواء: تحت الماء ، أنت الحصول على يد العون من قوة الطفو.

كل هذا يفسر لماذا يطلق على وزن السفينة (ومحتوياتها) عادة إزاحتها: إذا كان المحيط وعاءًا مملوءًا بالمياه مباشرة إلى حافة القاع ، فإن إزاحة السفينة هو وزن الماء الذي قد ينتشر فوق الحافة عندما يكون تم إطلاق السفينة. يشهد USS Enterprise في الصورة العليا إزاحة تبلغ حوالي 75000 طن من التفريغ أو 95000 طن مع حمولة كاملة ، عندما يكون في وضع منخفض إلى حد ما في الماء. نظرًا لأن المياه العذبة أقل كثافة من المياه المالحة ، فسوف تجلس نفس السفينة في نهر (أو مصب مياه - يحتوي على مزيج من المياه العذبة والمياه المالحة) مقارنة بالبحر.

Upthrust
لسوء الحظ ، لا شيء من هذا يفسر حقيقة تعويم حاملة طائرات! فلماذا؟ من أين تأتي هذه القوة المزدهرة "السحرية" فعليًا؟ تشغل حاملة الطائرات حجمًا كبيرًا ، لذلك ينتشر وزنها عبر مساحة واسعة من المحيط. الماء سائل كثيف إلى حد ما من المستحيل عملياً ضغطه. كثافته العالية (وبالتالي وزنه الثقيل) تعني أنه يمكن أن يمارس الكثير من الضغط: إنه يتحرك للخارج في كل اتجاه (شيء يمكنك أن تشعر بسهولة بالسباحة تحت الماء ، وخاصة الغوص تحت الماء). عندما تجلس حاملة طائرات على الماء ، مغمورة جزئيًا ، فإن ضغط الماء يكون متوازنًا في كل اتجاه باستثناء الاتجاه التصاعدي ؛ بمعنى آخر ، هناك قوة صافية (تسمى الاتجاه الصعودي) تدعم القارب من الأسفل. يغرق القارب في الماء ، ويسحبه وزنه ويدفعه الارتفاع. كيف منخفضة هل تغرق؟ كلما زاد وزنها (بما في ذلك الوزن الذي تحمله) ، كلما انخفض حجمها:

إذا كان القارب يزن أقل من الحد الأقصى لحجم الماء الذي يمكن أن يدفعه جانبا (النزوح) ، فإنه يطفو. لكنه يغرق في الماء حتى وزنه والارتفاع التوازن بالضبط.
كلما زاد الحمل الذي تضيفه إلى القارب ، زاد وزنه ، وكلما زاد حجمه ، يجب أن يغرق من أجل زيادة قوة توازنه. لماذا ا؟ لأن ضغط الماء يزداد مع العمق: كلما زاد غرق القارب في الماء ، دون غمره فعليًا ، يتم إنشاء قوة دفع أكبر.
إذا استمر القارب في الغرق حتى يختفي ، فهذا يعني أنه لا يمكن أن ينتج قوة دفع كافية. بمعنى آخر ، إذا كان القارب يزن أكثر من إجمالي حجم الماء الذي يمكن أن يدفعه جانباً (يزيح) ، فإنه يغرق.

إرسال تعليق