قانون ارخميدس

بواسطة: - آخر تحديث: ٠٩:٤٥ ، ٢٠ يونيو ٢٠١٩

العالم أرخميدس

يعد العالم أرخميدس من أعظم علماء العالم لا سيما في العصر الكلاسيكي، فهو من العلماء متعددي الاهتمامات العلمية، فقد كان عالمًا للفيزياء الرياضيات والفلك، وقد أخترع العديد من الأشياء، بالاضافة إلى أنه كان مهندسًا، ويعد أكبر الانجازات التي حققها وهي الأشهر على الاطلاق قانون الطفو الذي اكتشفه بقصة جميلة سنذكرها لاحقًا، أما عن حياته، فقد عاش أرخميدس في منطقة سيراكيوز التابعة لجزيرة صقلية في البحر الأبيض المتوسط، وحسب المجلة الأمريكية American Scientific كان ذلك في القرن الثالث قبل الميلاد، وقد انتقل أرخميدس لمدينة الإسكندرية واستقر فيها بعد دراسته لعلم الفلك والهندسة فيها، ثم عاد لصيقلية لمواصلة حياته العلمية والأدبية، ومن أهم اختراعاته لولب أرخميدس أو طنبور أو شادوف أرخميدس، وهو جهاز كان يستخدم لتفريغ مياه البحر من السفن، وقد اهتم أرخميدس أيضًا بقوة الرفع، والتي حقق العالم إنجازات كبيرة عند تطبيق قواعدها، إذ يقول العالم أرخميدس بهذا الخصوص "اعطني رافعة ومكانًا للوقوف وسأحرك العالم"، كما كان له دورًا في اختراع العديد من الأدوات الحربية وتصميم الخطط العسكرية في الدفاع عن منطقة سيراكيوز عام 212 ق.م. [١]


قانون أرخميدس رياضيًا

يشير قانون أرخميدس للطفو بأنه إذا غمرنا جسم على شكل مكعب مثلًا مساحة سطحة العلوي والسفلي (س)، وارتفاعه (ع)، في أي سائل بكثافة (ث)، وكان مقدار غوصه إلى عمق (ل)، وبالتالي فالقوة المؤثرة على السطح السفلي للجسم أكبر من القوة المؤثرة على السطح العلوي له، ومحصله هاتين القوتين هي قوة للأعلى تعمل على دفع الجسام إلى الأعلى، والتي تٌسمى بقوة الطفو، وهذه القوة هي التي تسبب نقصان وزن الجسم عند غمره في الماء، ورياضيًا فإن قوة الطفو لأي جسم = القوة على سطحه السفلي - القوة على سطحه العلوي، وفي المحصله قوة الطفو = حجم السائل المزاح × ث × ج، والتي تساوي كتلته × ج (حجم السائل المغمور)، والتي تساوي وزن السائل المزاح. [٢]


تطبيقات على قاعدة أرخميدس لطفو الأجسام

لا شك أن قاعدة أرخميدس للطفو فادت الكثير من المجالات الهندسية والطبية والكثير من المجالات العلمية الأخرى، إذ فسرت من خلالها الكثير من الظواهر، واستطاع العلماء قياس حجوم الأجسام الغير منتظمة من خلال تطبيقهم لهذه القاعدة، وفي بيان حركة السفن والبواخر والغواصات، وفي المجال الطبي يمكن من خلال القاعدة معرفة كثافة العظام والأسنان، وفيما يأتي نسلط الضوء على بعض التطبيقات العملية المشهورة لقاعدة الطفو التي اكتشفها أرخميدس، منها ما يأتي : [٣]

  • طفو السفينة: تطفو السفينة في البحر على سطح الماء وهي مصنوعة من الحديد الفولاذ، وفي المقابل يغوص مسمارًا في الماء، فالحقيقة العلمية تقول بأن السفينة تمتلك حجمًا أكبر من المسمار، وكلما زاد الحجم قلت الكثافة، والتي هي في السفينة أقل من كثافة الماء، الأمر الذي يجعلها تطفو فوق المياه والمسمار يغوص في الماء.
  • غوص الغواصات: من الطبيعي حسب قانون الطفو لأرخميدس أن تطفو الغواصة كالسفن على سطح الماء، ولكن الغواصة فيها خزانات كبيرة من المياه، لتملأ هذه الخزانات في حال كان المطلوب هبوط الغواصة للأعماق، وبالتالي تزداد كثافتها عن كثافة الماء، أما إذا كان المطلوب ارتفاعها للأعلى، فتُفرغ الخزانات من الماء، حتى تتساوي كثافة الماء مع كثافتها، وبالتالي تعلق في الماء.
  • آداة الهيدروميتر: وهو عبارة عن أنبوب في نهايته خزان صغير فيه قطع من الرصاص، إذ يطفو في السائل بقدر كثافته، فكلما كان السائل أقل كثافةً غاص الهيدروميتر فيه أكثر، والعكس صحيحًا.


قصة اكتشاف أرخميدس "قانون الطفو"

يُقال بأن ملك يُسمى هايرون طلب من أحد صناع الذهب صناعة تاج له من الذهب الخالص، وبعد إنهاء العمل بالتاج لم يكن الملك مطمئنًا لنقاوة الذهب، أي هل هو خالص في نقاوته أم مخلوط بالنحاس أو الفضة، فطلب الملك من أرخمديس المعروف بعلمة واختراعاته آنذاك أن يفيده بنقاوة الذهب من عدمه، وبالتالي بدأ يبحث العالم أرخميدس عن طريقة للبت في طلب الملك ولكنه لم يجد، لا سيما أن الملك طلب منه ذلك دون أن يكسر التاج، ولم يجد العالم أي طريقة لذلك، ولكنه في يوم وهو يستحم في حوض ماء فخرج جزء من الماء خارج الحوض، فأيقن أن أي جسم يغمر بالماء سيزيح كمية من الماء تساوي حجمه، وأيضًا سيقل وزن الجسم بمقدار وزن الماء المزاح خارج الحوض، إذ يقول بعض من نقلوا الرواية بأنه خرج عاريًا من هول اكتشافه وهو يقول "يوريكا" أي "وجدتها"، فقاس حجم التاج بالطريقة المشار لها، وجلب قطعة من الذهب الخالص لها الوزن نفسه، ليقيس حجمها بالطريقة ذاتها، وقد اظهرت النتائج بأن الصانع قد غش الملك، وذلك لوجود فضة في التاج، إذ إن الفضة أقل كثافة من الذهب وبالتالي فإن حجمها أكبر، أي أن الماء المزاح من التاج أكبر من الماء المزاح من قطعة الذهب الخالص، وتبين وجود مادة أقل كثافة من الذهب. [٤]


أهم انجازات أرخميدس

كان للعالم المذكور العديد من الإنجازات العلمية، هي كالآتي : [٥]

  • أثبت العالم في الرياضيات أن مساحة الدائرة تساوي قيمة عددية سماها (بي) مضروبة في مربع نصف قطرها، أي أنه أول من أكد على هذه الحقيقة العلمية التي ستبقى تُدرس في المدارس حتى قيام الساعة.
  • اهتم أرخميدس بالشعر والموسيقى، والبصريات وعلوم انعكاسات المرايا والضوء.
  • وظف أرخميدس اهتماماته العسكرية في المعارك التي تعرضت لها مدينة سيراكيوز حيث كان يعيش.
  • جهاز أرخميدس، وهو مضخة لري المزروعات، ومازالت تُستخدم لليومنا هذا في بعض البلاد.


المراجع

  1. "وجدتها (قاعدة ارخميدس)"، ibelieveinsci، 16-9-2017، اطّلع عليه بتاريخ 7-5-2019. بتصرّف.
  2. "قانون الطفو"، alfreed، اطّلع عليه بتاريخ 7-5-2019. بتصرّف.
  3. "تطبيقات على قاعدة أرخميدس .."، physical-city، اطّلع عليه بتاريخ 7-5-2019. بتصرّف.
  4. "مبدأ أرخميدس “قانون الطفو”"، aspdkw، 12-10-2018، اطّلع عليه بتاريخ 7-5-2019. بتصرّف.
  5. "أرخميدس أرسى قاعدة معرفية لتطور العلوم"، alkhaleej، 7-7-2018، اطّلع عليه بتاريخ 7-5-2019. بتصرّف.