الرئيسية جزائر مجتمع مغاربي شرق أوسط افريقي دولي الاقتصاد تكنولوجيا معلوماتية علوم صحة ثقافة رياضة فرنسية
النجاة في البحار العاصفة - بالعلمAlgerian Reporters:النجاة في البحار العاصفة - بالعلم

النجاة في البحار العاصفة - بالعلم

النجاة

المفاهيم الأساسية

علم الفيزياء

الكتلة

الحجم

الكثافة

الهندسة

مقدمة

من السهل أن تصنع قاربًا يستطيع البقاء طافيًا على سطح المياه الهادئة، ولكن ماذا عن قارب يستطيع البقاء في مواجهة أمواج عاتية في قلب عاصفة؟ في هذا النشاط، سنقدم إضافةً جديدةً لنشاط تقليدي؛ إذ ستصنع قوارب من ورق الألومنيوم تحمل على متنها شحنة عملات معدنية، ولكن بدلًا من تجربتها في مياه مستقرة، ستصنع عاصفتك الخاصة لتجرِّب القوارب في مواجهة الأمواج!

معلومات أساسية

يستخدم الناس القوارب كوسيلة نقل منذ آلاف السنين. غير أن القوارب قد تكون معرَّضةً لمواجهة العواصف؛ إذ تتسبب الرياح العاتية والأمواج العالية في انقلاب القوارب أو امتلائها بالماء وغرقها. كيف يمكنك أن تجعل القارب أكثر أمانًا وأقل عرضةً للغرق في البحار ذات الأمواج العاتية؟

كي نفهم ما يجعل القارب يطفو فوق المياه المستقرة أو يغرق، عليك أولًا أن تعرف القليل عن الكتلة والحجم والكثافة (الكتلة الحجمية). فأي جسم موجود على سطح الماء ينجذب إلى أسفل بسبب وزنه وينجذب إلى أعلى بسبب قوة الطفو التي تبذلها الماء. فإذا كانت كثافة القارب (المحسوبة باستخدام الحجم الكلي وكتلة القارب وكل شيء بداخله، بما في ذلك الهواء والحمولة) أكبر من كثافة الماء، يغرق القارب. وإذا كانت كثافة القارب أقل من كثافة الماء، يطفو القارب. ولهذا السبب يمكن صناعة القوارب من مواد (مثل المعدن) أكثر كثافةً من الماء، فحيز الهواء داخل هيكل القارب يساعده على الطفو، ولكن إذا ما بالغت في إضافة المزيد من الوزن (سواء أكان هذا الوزن حمولةً أم ماء)، سيغرق القارب.

وقد تجعل الأمواج الموقف أكثر تعقيدًا؛ فالأمواج التي تصطدم بجانبي القارب يمكن أن تملأه بالماء، مما يزيد من كثافته، ومن ثَم تؤدي في نهاية المطاف إلى غرقه. وبالتالي، حتى إذا كان بإمكان القارب أن يحتفظ بكمية معينة من الحمولة في المياه الثابتة تمامًا، فهذا لا يعني أن بإمكانه أن ينقل تلك الحمولة عبر محيط يعج بالأمواج. وهذا ليس التحدي الوحيد؛ فموجة واحدة هائلة يمكن أن تتسبب في عدم استقرار القارب وتؤدي إلى انقلابه. فإذا أرجحت القارب قليلًا، فإنه سيعود إلى وضعه المعتدل مرةً أخرى، ولكن إذا بالغت في أرجحته كثيرًا، ربما ينقلب رأسًا على عقب.

هل يمكن لقاربك النجاة في البحار العاصفة؟ جرب هذا النشاط لتكتشف بنفسك!

مواد التجربة

  • ورق ألومنيوم
  • عملات معدنية أو غيرها من الأغراض صغيرة الحجم ثقيلة الوزن، مثل الحصى والصواميل والمسامير وغيرها، لاستخدامها كحمولة.
  • حاوية كبيرة مثل صندوق بلاستيك أو حاوية كبيرة لتخزين الطعام. يمكنك أيضًا استخدام الحوض أو حوض الاستحمام.
  • ماء (كمية كافية لملء حاويتك الكبيرة)
  • كرة ثقيلة (أو جسم آخر يمكنك أن تلقي به في الماء لتصنع أمواجًا بجوار القارب)
  • مكان يُسمح فيه بتناثر المياه (مثل: حمام أو مكان مفتوح بالهواء الطلق)
  • مناشف للتنظيف (اختياري)

الإعداد للتجربة

  • املأ الحاوية بالماء بارتفاع عدة بوصات، وتأكد من أنها في مكان يُسمح فيه بتناثر الماء. أحضر مناشف للتنظيف إذا لزم الأمر.

خطوات التجربة

  • حاول طي قطعة من ورق الألومنيوم على شكل قارب. لا توجد طريقة واحدة "صحيحة" لصناعة القارب (فإذا لم ينجح الأمر مع القارب الأول، يمكنك أن تصنع قاربًا آخر). في نهاية المطاف، ستضع العملات المعدنية (أو أي أوزان أخرى) على متن القارب، لذا عليك اختيار تصميم يتيح لقاربك أن يحمل هذه "الشحنة".
  • ضع القارب في الماء (من دون أي أوزان)، وتأكد من أنه يطفو. فإذا لم يطفُ فوق سطح الماء، حاول أن تعدل التصميم أو تغيره. على سبيل المثال، تأكد أنه تم طي/ثني ورق الألومنيوم بإحكام، فإذا كان فيه تشققات أو ثغرات، فربما تتسرب المياه إلى داخله.
  • جرب أن تضع عملات معدنية واحدةً تلو الأخرى على متن القارب حتى يغرق. كم عدد العملات التي يستطيع القارب حملها؟
  • ارفع العملات المعدنية، وأفرغ القارب من الماء.
  • ضع القارب الفارغ في الماء مرةً أخرى.
  • الآن، حاول أن تلقي الكرة في الماء من على ارتفاع قدم فوق سطح الماء تقريبًا، لكي تصنع أمواجًا. (احرص على إلقاء الكرة بجوار القارب، وليس فوقه مباشرةً). ما حجم الأمواج الناتجة؟ ماذا حدث لقاربك؟
  • حاول أن تُلقي بالكرة من على ارتفاعات أعلى على نحوٍ متزايد. هل أصبحت الأمواج أكبر حجمًا؟ هل ظل القارب طافيًا فوق سطح الماء؟
  • ابدأ مجددًا وأضف بعض العملات إلى القارب، ثم جرب إلقاء الكرة مرةً أخرى، بادئًا بالارتفاع الأدنى، ثم واصل زيادة ارتفاع الكرة حتى يغرق القارب.
  • واصل تكرار هذه العملية -مع إضافة المزيد من العملات المعدنية في كل مرة- حتى يعجز القارب عن الطفو تمامًا. كيف يؤثر عدد العملات المعدنية في قدرة القارب على مواجهة الأمواج؟
  • نشاط إضافي: جرب بناء عدة قوارب بأشكال مختلفة. هل تكون بعض التصميمات أفضل من تصميمات أخرى؟
  • نشاط إضافي: نفِّذ هذا النشاط مع أصدقائك، وتنافسوا لتروا مَن يستطيع تصميم أقوى قارب. ماذا يحدث إذا جربت جميع القوارب دفعةً واحدة -هل سيصطدم بعضها ببعض؟ هذا سبب آخر يمكن أن يؤدي إلى غرق القوارب الحقيقية!
  • نشاط إضافي: جرب استخدام مواد أخرى لصناعة القارب. على سبيل المثال، اصنع عوامةً باستخدام الفلين والأربطة المطاطية والعيدان الخشبية. هل المواد المستخدمة والتصميمات نفسها تتحمل أثقل الأوزان وتبقى طافيةً في مواجهة الأمواج الأكبر؟

المشاهدات والنتائج

لعلك اكتشفت أنه توجد طريقتان مختلفتان لإغراق قاربك في هذا النشاط. فموجة واحدة هائلة الحجم يمكن أن تتسبب في انقلاب القارب، وربما اضطررت إلى إلقاء الكرة من على ارتفاع عالٍ جدًّا كي يحدث هذا (إن كان قد حدث على الإطلاق). حتى الأمواج الأصغر، الناجمة عن إسقاط الكرة من على ارتفاع أقل، يمكن أن تتسبب أيضًا في غرق القارب؛ إذ ربما تعلو الأمواج على جانبي القارب وتملؤه تدريجيًّا بالماء (مما يزيد من كثافته فيحل الماء محل الهواء الموجود في القارب)، مما يتسبب في النهاية في زيادة كثافته أكثر مما ينبغي. إن قدرة قاربك على حمل عددٍ معين من العملات المعدنية في المياه المستقرة لا يعني بالضرورة أن بإمكانه حمل العدد نفسه من العملات وسط الأمواج. فالقارب المثقل بحمولة زائدة من العملات المعدنية -والغائص بالفعل في الماء- يسهل غرقه بهذه الصورة كثيرًا. ولعلك لاحظت أنه كلما زدت من عدد العملات المعدنية، كان القارب أقل قدرةً على تحمُّل الأمواج. والأمر نفسه ينطبق على القوارب الحقيقية، فلهذا السبب تكون مقيدةً بعدد معين من الركاب أو الشحنات التي يمكن حملها في أمان -سواءٌ أكانت أمواجُ البحر هادئةً أم عاتية!    

إنهاء التجربة

استخدم المناشف لتنظيف الماء المسكوب، ويمكنك إعادة تدوير القوارب المصنوعة من ورق الألومنيوم مرةً أخرى.

More to Explore
Buoyant Science: How Metal "Boats" Float, from Scientific American
Shipping Science: Building a Boat That Can Carry Cargo, from Scientific American
Rocking the Boat, from Science Buddies
Make Metal Float: Build a Water Strider, from Scientific American
STEM activities for Kids, from Science Buddies

This activity brought to you in partnership with Science Buddies

Science Buddies

القراءة من المصدر

الاشتراك في الخدمة البريدية اليومية

اخر الاخبار في بريدك الالكتروني كل يوم

إقرأ أيضا