سنتكلم في هذا المقال عن الوسط المائي وتأثير الكثافة الواضح فيه وسنرى كيف أن كل شئ في الوسط المائي يعتمد على تدرج الكثافة

ابدأ بسؤالين حول كثافة الماء 

السؤال الأول:

أيهما أكبر كثافة الماء المالح أم الماء العذب أم متساويين؟?

السؤال الثاني:

أيهما أكبر كثافة الماء الساخن أم الماء البارد أم متساويين؟?

 الإجابة على السؤال الأول: كثافة الماء المالح أكبر من كثافة الماء العذب وذلك لأن كتلة الماء المالح أكبر من كتلة الماء العذب وقد علمنا أن الكثافة تتناسب طرديا مع الكتلة أي كلما زادت الكتلة زادت الكثافة.

 الإجابة على السؤال الثاني: كثافة الماء الساخن أقل من كثافة الماء البارد وذلك لأن حرارة وحجم الماء الساخن أكبر من حرارة وحجم الماء البارد وقد علمنا أن الكثافة تتناسب عكسيا مع الحرارة والحجم أي كلما زادت الحرارة والحجم قلت الكثافة.

 ولأن كثافة الماء العذب أقل من كثافة الماء المالح فإن من يسبح في الماء العذب الترعة والنهر يشعر بصعوبة في السباحة ويشعر أن الماء ثقيل ويجذبه إلى أسفل وهذا لقلة كثافة الماء فيدفعنا ضغط الماء لأسفل لتعادل الكثافة .. أما من يسبح في الماء المالح فيشعر بسهولة في السباحة ويشعر أن جسمه خفيف على الماء يستطيع أن يطفو بجسمه ولا يشعر بجذب الماء له لأسفل كما كان يشعر في الماء العذب وذلك لأن كثافة الماء المالح أعلى فنستطيع الطفو بسهولة.?

 وليتضح هذا الأمر فلنجري هذه التجربة 

?

نحضر دورقين مملؤين بالماء بنفس المستوى ثم نضع في أحدهما ثلاث ملاعق كبيرة من ملح الطعام  ثم نضع بيضة طازجة في كلا الدورقين. ماذا نلاحظ؟

هبوط البيضة لأسفل عند وضعها في الدورق الذي به الماء فقط بدون ملح -هل سبب ذلك الجاذبية؟- وعند وضعها في الدورق الأخر الذي به الماء والملح لم تهبط البيضة بل توقفت معلقة في الماء .. لا طافية ولا هابطة -هل توقفت الجاذبية عن العمل- ..  فما هو التفسير؟

التفسير أنه عند وضع ملح في ماء الدورق الثاني تسبب ذلك في زيادة كثافة الماء فلم تعمل الجاذبية ... وبصب ماء عذب على الدورق الذي فيه الماء المالح وبداخله البيضة سيقلل هذا من كثافة الماء وبالتالي سنلاحظ هبوط البيضة قليلا إلى أسفل ليس تحت تأثير الجاذبية ولكن ضغط الماء دفعها لأسفل لتعادل الكثافة 

نتيجة التجربة: ضغط الماء هو الذي يدفع لأعلى أو لأسفل حسب كثافة الجسم المغمور فيه.

 وطبعا اختبار البيض الطازج من الفاسد كلنا نعرفه .... نضع البيضة في دورق ماء عذب إن أتجه لأسفل فهو طازج لماذا؟

وإن طفا فهو فاسد لماذا؟

وإن توقف في المنتصف فهو غير فاسد وغير طازج لماذا؟

اترك لكم الإجابة

 كثيراً ما يتبادر إلى الذهن سؤال مفاده، كيف تطفو السفن ولا تغرق رغم أنها مصنوعة من معادن كثافتها أعلى من كثافة ماء البحر ورغم حجمها الكبير؟ ولماذا تغرق قطعة صغيرة من الحديد؟. ...... لا تغرق السفن لأنها تبنى ضمن شروط يحددها البحر، فيجب أن يكون الجزء المغمور منها ضخم الحجم وأجوف لذا فإن قوة دفع مياه البحر تزداد بزيادة الحجم الذي يقلل الكثافة ولذلك جاءت كلمة (سخَّر) والتي تعني: ذلَّل وأخضع. فسخر الله سبحانه البحار وجعلها تتمتع بقوة تؤثر على السفن، وفق قانون (دافعة أرخميدس) : وهي قوة شاقولية تتجه إلى الأعلى وتؤثر على الأجسام غير الذائبة في السائل، وتساوي أيضاً وزن السائل المزاح بسبب الحجم المغمور.

 دافعة أرخميدس تزداد بزيادة حجم الجسم المغمور في الماء، لذلك يكون حجم السفينة كبير، وهو شرط من شروط توازنها،  فالسفن تحتاج إلى الجزء المغمور في الماء ليحفظ لها التوازن ويمنعها من الغرق والاضطراب، 

الحجم: تزداد دافعة أرخميدس بزيادة الحجم ويزداد الحجم بزيادة السطح المغمور في الماء وبالتالي تقل كثافة الجزء المغمور وتزداد قوة ضغط الماء لأعلى فيطفو الجسم.

 كثافة السائل في البحار: تزداد دافعة أرخميدس بزيادة كثافة السائل، وهنا تجدر الإشارة إلى دور ملوحة البحار في هذه القوة، لأنه كلما كبرت نسبة الملوحة كبرت الكثافة، فمثلاً البحر الميت نسبة ملوحته أكبر بكثير من غيره، ودافعة أرخميدس فيه أكبر، لذا سماه علماء الفيزياء (البحر الذي لا يغرق فيه أحد)، وبالتالي تطفو السفينة عندما يكون الوزن الحجمي للسائل أكبر من الوزن الحجمي لها، أي: (أن يكون وزن نفس حجم الجسم من السائل أكبر من وزن الجسم).

كثافة السائل في الأنهار: تتمتع مياه الأنهار بكثافة أقل من كثافة ماء البحار لأنها عذبة ونسبة ملوحتها أقل من ملوحة البحار، لذا فكثافة ماء البحار أكبر، فيجب أن تكون الأنهار واسعة وعميقة، لتزداد قوة الضغط، ونزيد حجم السفينة بما يتلائم مع الكثافة، لتحقق شروط الطفو. 

ويجب أن يكون الجسم أجوف ليطفو: وهذا سِرٌ من أسرار الله سبحانه وتعالى في مخلوقاته ولمعرفة هذا السر فلننظر إلى الكيس الهوائي في جسم السمكة، فعندما يمتلئ بالهواء يزداد حجمها وبالتالي تقل كثافتها عن كثافة الماء فتطفوا، ( وهذا هو الغرض من وجود كيس هوائي في جسم السمكة)، فمن أجل هذا تصنع السفينة مجوفة.

العوامات كثافتها قليلة جدا بالنسبة للماء لأنها مطاط ممتلئ هواء لذلك تطفو على الماء وليس لها جزء مغمور ملحوظ طالما هي فارغة لكن لو صنعنا قارب من مادة العوامات وركبه احد سيكون له جزء مغمور في الماء كثافته أقل من كثافة الماء لذلك يطفو.

 والآن أشرح بالتفصيل كيفية طفو الإنسان على الماء أثناء السباحة ولماذا يغوص البعض؟ ولماذا تطفو جثة الغريق بعد عدة أيام؟ فهيا بنا لنتعرف على حقيقة الأمر.

 الجسم الأعلى كثافة ينغمر، الجسم الأقل كثافة يطفو.. أليس كذلك ؟

متوسط كثافة جسم الإنسان هي 0.985 جم/سم3 

وبمقارنة ذلك بكثافة الماء 1 جم/سم3 نجد أنه من المفترض أن يطفو جسم الإنسان لأنه الأقل كثافة، فلمَ يغرق البعض إذاً ؟ ولمَ يطفو الجسم الميت ؟ أليست كثافة جسم الإنسان وهو حي نفسها وهو ميت؟

 لماذا يطفو الجسم الحي؟ ولماذا يغرق ؟

أولاً، كثافة جسم الإنسان تعتمد على العديد من العوامل منها كتلة الدهون وكتلة العضلات والعظام، ولهذا وبعكس ما يظن البعض الأشخاص الذين يعانون من السمنة يَطفُون أسهل من غيرهم لأن الدهون أخف وأقل كثافة من الماء فازدياد كتلة الدهون نسبةً إلى باقي كتلة الجسم من عضلات وعظام تقلل من كثافة جسم الإنسان وتسهل من عملية الطفو.

ثانياً، كثافة الماء أيضاً لها دور في عملية الطفو، الماء النقي كثافته 1 جم/سم3  بينما الماء المالح كثافته حوالي 1.02 جم/سم3 ولهذا نجد أنه من السهل السباحة في البحر الميت أو في البحيرة المالحة الكبرى.

 حسناً، مع هذا كله لماذا يغرق البعض ؟  السبب في ذلك يعود إلى عاملين، الأول هو كمية الهواء في الرئتين، وهو العامل الأساسي والهام في هذه العملية وزيادة كمية الهواء في الرئتين يقلل من كثافة جسم الإنسان، الأمر مشابه لما يحدث في الباخرات الضخمة والسفن، وأيضاً عند خوف وهلع الإنسان في الماء يضطرب التنفس لديه ويفقده الاتزان وثبات كثافته في الماء ويغرق، العامل الآخر هو وضعية الجسم والعضلات نفسها، فالعضلات والعظام أعلى كثافة من الماء وبهذا تختلف الكثافة في مناطق الجسم، فيجب تحريكهما وجعلهما في وضعية تجعل المناطق الأعلى كثافة متوزعة ومتزامنة مع الأماكن الأقل كثافة كمنطقتي الصدر والبطن اللتان تحويا نسبة أكثر من الدهون ونسبة أقل من العضلات والعظام.

لماذا تطفو الجثة ؟

عند غرق الإنسان تدخل كمية كبيرة من الماء إلى رئتيه مما يجعله أكثر كثافة فيغرق، فمَ الذي يجعله يطفو إذاً ؟ ولمَ يطفو على بطنه ؟

بعد غرق الإنسان وعندما يحل الماء مكان الهواء في الرئتين يغرق ويغوص في الماء. وبعد موت الجسم تبدأ البكتيريا في الأمعاء والرئتين في تحلل الجسم الميت مصدرةً من ذلك غازات منها الميثان وكبريتيد الهيدروجين، وعندما تزداد نسبة هذه الغازات إلى درجة معينة تقل كثافة الجثة فتبدأ الجثة في الطفو، عملية التحلل تأخذ أيام أو أسابيع والوقت اللازم للتحلل يعتمد على عوامل عديدة، الشاهد هنا أن المناطق التي تحتوي على بكتيريا أكثر وتكثر فيها نسبة الغازات هي منطقتي البطن والصدر ولهذا تطفو الجثة على بطنها، وفي حالة بقاء نسبة بسيطة من الهواء فإن الجثة لا يلزمها الأسابيع والساعات كي تطفو بل تطفو معتمدةً على دهون الجسم المتركزة في منطقتي البطن والصدر وكمية الهواء إن وجدت وأيضاً وكما سبق ذكره كثافة مناطق السيقان والأذرع لأنها تحتوي على نسبة أكبر من العظام والعضلات فتغوص نظراً لكثافتها فيبقى الجزء الأقل كثافةً هو البارز وهو منطقتي الصدر والبطن.

 نلاحظ أننا في كل ما سبق لا نتناول الجاذبية على الإطلاق إنما هي تدرج الكثافة

كما قلنا قوة ضغط الماء الدافعة لأعلى أو أسفل حسب كثافة الجسم

يتبع