تطبيقات دافعة أرخميدس
تتعدد التطبيقات المتعلقة بدافعة أرخميدس، ومن أبرزها ما يلي:
تصميم الغواصات
تساعد خزانات الصابورة الموجودة في الغواصات على التحكم في موقعها وعمقها تحت سطح البحر. عند ملء خزانات الصابورة بالماء، يصبح وزن الغواصة أكبر من وزن قوة الطفو، مما يؤدي إلى غمر الغواصة. وفي المقابل، يمكن للغواصة أن تطفو إلى السطح بتقليل كمية الماء في الخزان، مما يقلل من الوزن ويجعلها أخف من قوة الطفو.
تصميم السفن
يتم تطبيق مبدأ أرخميدس عند بناء السفن من خلال تصميم جزء كبير منها مجوفًا. فبفضل الهواء الموجود داخل السفينة، تكون كثافتها أقل من كثافة الماء. وبالتالي، يصبح وزن السفينة أقل من وزن الماء الذي تزيحه، مما يؤدي إلى دفع السفينة إلى السطح بفعل قوة الطفو المتساوية مع وزن الماء المزاح.
كرات الشاطئ
تمتاز كرات الشاطئ بملئها بالهواء، مما يمنحها وزنًا خفيفًا وقوة طفو قليلة نظرًا لأنها تُزيح كمية ضئيلة من الماء. ومع ذلك، عند دفع الكرة في الماء، تزداد قوة الطفو المؤثرة عليها، مما يُساعدها على الطفو بدلاً من الغرق.
الطفو على السطح
لكل جسم وزن يكافئ وزن الماء الذي يزيحه. إذا كان وزن الجسم أعلى من قوة الدفع المؤثرة عليه، فسوف يغرق. أما إذا كانت القوة الدافعة تعادل وزن الجسم، فإنه سيطفو على السائل. على سبيل المثال، تطفو الجبال الجليدية على الماء بفضل التوازن بين وزنها وقوة الطفو المؤثرة عليها، مما يُظهر أن مبدأ الطفو ينص على أن القوة الدافعة يجب أن تعادل وزن السائل المزاح.
تصميم المنطاد
يرتقي المنطاد في الهواء بفعل قوة الطفو الناتجة عن اختلاف الكثافة بين الهواء الساخن داخل المنطاد والهواء الخارجي. إذا كان وزن المنطاد أكبر من قوة الطفو، فإنه ينزل. وعندما يتساوى الوزن مع قوة الطفو، يظل المنطاد ثابتًا. يتم التحكم في وزن المنطاد بتغيير كمية الهواء الساخن داخله.
قياس كثافة السوائل
يستخدم مقياس الهيدومتر (Hydrometer) لقياس كثافة السوائل من خلال تطبيق مبدأ أرخميدس. يتكون هذا الجهاز من أنبوب زجاجي مجوف مع قاع عريض مغلق من الطرفين. يعمل القاع كخزان صابورة مملوء بالرصاص. عند وضع السائل المراد قياس كثافته داخل الأنبوب، تُؤخذ القراءة عند المستوى الذي يغمر فيه الجهاز، ومن خلال حساب كمية الماء المزاح، يمكن تحديد كثافة السائل. إذا غمر الجهاز بالكامل في السائل، فهذا يدل على أن كثافة السائل أقل.
الأسماك
تستفيد بعض أنواع الأسماك من مبدأ أرخميدس لمنع الغرق. حيث تمتلك هذه الأسماك مثانات هوائية تساعدها في التحكم في قوة الطفو المؤثرة عليها. من خلال ملء هذه المثانات بالهواء، يزداد حجمها وتُزيح المزيد من الماء، مما يعزز قوة الطفو، فيؤدي هذا إلى ارتفاع السمكة إلى السطح.
الجيولوجيا
يمكن قياس كثافة المواد الصلبة بتطبيق مبدأ أرخميدس. لقياس كثافة مادة ما، تُعلق في ميزان زنبركي وتُغمر في سائل معلوم الكثافة. من خلال مراقبة الكتلة المفقودة من العينة، يمكن استخدام مبدأ أرخميدس لحساب كثافة المادة بدقة.