ما هو مبدأ أرخميدس ؟ وما هي قصة اكتشافه ؟

تاريخ الفيزياء الكلاسيكية، ما هو مبدأ أرخميدس ؟ وما هي قصة اكتشافه ؟

يعتبر أرخميدس واحداً من أهم علماء الفيزياء في العصور القديمة، فمن هو أرخميدس ؟ وما هي قصة التاج الذي أودى بحياة صانعه وكان السبب في اكتشاف أحد أهم المبادئ في فيزياء الموائع؟

المولد

ولد أرخميدس في سيراكيوز على الساحل الشرقي لجزيرة صقلية في عام 287 قبل الميلاد، سافر أرخميدس إلى الإسكندرية لتلقي التعليم ثم عاد إلى سيراكيوز ليكرس حياته في البحث والعلم والمعرفة. استطاع أرخميدس الإسهام في اكتشاف العديد من القوانين الفيزيائية ومن أهم تلك القوانين قانون الطفو أو ما يعرف باسم ” مبدأ أرخميدس “.

كيف استطاع أرخميدس اكتشاف مبدأه؟

في إحدى الأيام أمر ملك المدينة صائغه بأن يصنع له تاجًا من الذهب الخالص، وشرع الصائغ بصنع التاج وانتهى من صناعته وأرسله للملك، تسلل الشك إلى قلب الملك وبدأ يظن بأن الصائغ قد غشه وسرقه، فاستدعى الملك أرخميدس وكلفه بمهمة الكشف عن إذا ما كان التاج مصنوعًا من الذهب الخالص أم لا.

واجه أرخميدس في بادئ الأمر صعوبات عدة، فلم يكن العلماء في ذلك الوقت على دراية بمبادئ التحليل الكيميائي، وذات يوم بينما كان أرخميدس في حوض الاستحمام وجد أن الماء يرفع رجليه كلما حاول أن يدفع رجليه نحو الأسفل، وأن هناك قدرًا من الماء يزاح نتيجةً لذلك.

انطلق أرخميدس صارخاً وجدتها، أخرج التاج ووزنه ووضعه في الماء، وفي نفس الإناء وضع أرخميدس كتلة من الذهب الخالص لها نفس وزن الجسم الأول، لاحظ أرخميدس أن كتلة السائل التي أزاحها التاج تختلف عن كتلة السائل التي أزاحتها قطعة الذهب الخالص، ويعود ذلك إلى اختلاف كثافة كل من الجسمين وبالتالي اختلاف دفع الماء على كتلة كل منهما.

كشف خداع الصائغ

وبهذا استطاع أرخميدس أن يتسبب في إنهاء حياة الصائغ للأبد وذلك عندما كشف للملك أن شكوكه كانت في موضعها وأن التاج ليس مصنوغًا من الذهب الخالص، وأن يضع لنا أحد أهم المبادئ الفيزيائية المستخدمة إلى يومنا هذا وهو مبدأ أرخميدس والذي ينص على أنه “عند غمر جسم ما كلياً أو جزئياً في سائل لا يذوب فيه ولا يتفاعل معه؛ فإن السائل يدفع الجسم بقوة تدعى (دافعة أرخميدس)، وهذه القوة تساوي وزن السائل الذي يزيحه الجسم عند غمره”.

ويمكن تبسيط هذا المبدأ بالقول بأنه وعند وضع جسم ما في سائل لا يمكن للجسم أن يتفاعل معه؛ فإن السائل سيؤثر على الجسم بقوة تتجه نحو الأعلى وهذه القوة تدعى”دافعة أرخميدس” وهي مساوية لثقل كمية السائل الذي يزيحه الجسم.

مبدأ الطفو

يفسر مبدأ أرخميدس في الطفو العديد من التساؤلات أهمها: لماذا لا تغرق السفن المصنوعة من الحديد بينما تغرق المسامير الحديدية؟

بما أن السفينة مصنوعة من مادة كثافتها أكبر من كثافة الماء، كالحديد مثلاً، فإنه باستطاعتها الطفو في حال كان لها شكل مناسب بحيث تستطيع أن تحتفظ بحجم كافٍ من الهواء فوق سطحها، وبالتالي فإن معدل كثافة السفينة، متضمنة الحديد والهواء، سوف تصبح أقل من كثافة السائل وبالتالي فإنها تطفو.

اكتشافات أخرى

لم تقتصر اكتشافات أرخميدس على مبدأ الطفو فحسب، بل كان له أثر كبير في العديد من المبادئ والاكتشافات والاختراعات منها مبدأ الرافعة والبكرة المركبة والمسمار الهيدروليكي لرفع الماء من مستوى أدنى إلى مستوى أعلى، ومن أهم آلات الحرب المنسوبة إليه المنجنيق ونظام المرآة التي تعمل على تركيز أشعة الشمس على قوارب الغزاة وإشعالها والتي تم استخدامها إبان الاجتياح الروماني لصقلية. كما ستستخدم في قياس كتلة الفراغ في تجربة فيزيائية طموحة.

وفي عام 212 قبل الميلاد وبينما كان أرخميدس منشغلاً بحسابته أقدم جندي روماني على قتله، يقال بأنه كان مستغرقًا بحسابته لدرجة أنه طلب من قاتله ‪ألا يزعجه!

المصادر:
NASA
sciencing

اقرأ أيضًا عن كوبرنيكوس وتعرف على مساهماته