חוק ארכימדס

• כיתה ח’
• ציפה
• 5 דקות קריאה

למה גופים צפים או שוקעים, איך מחשבים את כוח הציפה, ולמה בים המלח צפים בלי מאמץ — עם נוסחה ותרגיל פתור.

התשובה בקצרה

חוק ארכימדס אומר שגוף ששקוע בנוזל נדחף כלפי מעלה בכוח ששווה למשקל הנוזל שהגוף דחק ממקומו. הכוח הזה נקרא כוח הציפה. מכאן:

1. אם כוח הציפה גדול מהמשקל — הגוף צף.
2. אם המשקל גדול מכוח הציפה — הגוף שוקע.
3. בקיצור: גוף שצפוף פחות מהנוזל צף, וגוף שצפוף יותר שוקע.

למי זה מיועד: חוק ארכימדס נלמד בכיתה ח’, אחרי הפרק על לחץ. העמוד הזה מתמקד בחוק ובחישוב. את הסיפור על האיש עצמו תמצאו במאמר על ארכימדס.

מה אומר חוק ארכימדס

כשאתם נכנסים לאמבטיה מלאה, גובה המים עולה. הגוף שלכם תופס מקום, והמים שהיו שם זזים הצידה. זה נקרא דחיקה. ארכימדס גילה שהמים “מחזירים” על זה: הם דוחפים את הגוף למעלה בכוח ששווה בדיוק למשקל המים שנדחקו.

הכוח הזה נוצר מהלחץ של הנוזל. הלחץ גדל עם העומק, ולכן החלק התחתון של הגוף נדחף למעלה חזק יותר מהחלק העליון נדחף למטה. ההפרש הזה הוא כוח הציפה. הוא תלוי בשלושה דברים: בנפח של הגוף שבתוך הנוזל, בצפיפות הנוזל, ובכוח המשיכה.

תרגיל פתור

הנתונים: גוש אבן שמשקלו 50 ניוטון ונפחו 0.002 מטר מעוקב שקוע כולו במים.
השאלה: מה כוח הציפה עליו? האם הוא יצוף? ובכמה ניוטון הוא “ירגיש” בתוך המים?

1. הגוף שקוע כולו, ולכן הנפח שנדחק שווה לנפח האבן. מציבים: F_b = 1000 · 10 · 0.002 = 20
2. משווים למשקל. כוח הציפה, 20 ניוטון, קטן מהמשקל, 50 ניוטון — ולכן האבן שוקעת.
3. בתוך המים, כוח הציפה נושא חלק מהמשקל. כדי להחזיק את האבן צריך רק את ההפרש: 50 − 20 = 30

התשובה: כוח הציפה הוא 20 ניוטון, האבן שוקעת, ובתוך המים היא נראית קלה יותר — 30 ניוטון בלבד. F_b = 20 N

צפיפות — מי צף ומי שוקע

צפיפות היא כמה מסה נדחסת בכל יחידת נפח. גוף שהצפיפות שלו קטנה מזו של הנוזל, צף. גוף שהצפיפות שלו גדולה יותר, שוקע. עץ צף, כי הוא פחות צפוף ממים. ברזל שוקע, כי הוא צפוף פי כמעט שמונה.

ומה עם ספינת פלדה? הצפיפות הממוצעת שלה, כולל כל האוויר שבתוכה, קטנה מזו של המים. היא דוחקת כמות עצומה של מים, ולכן כוח הציפה עליה גדול מספיק. צוללת משתמשת בזה בדיוק: היא ממלאת מכלים במים כדי לשקוע, ומרוקנת אותם כדי לעלות.

איפה רואים את זה בחיים

• ים המלח

  המים שם מלוחים מאוד, ולכן צפופים יותר ממים רגילים. כוח הציפה גדול יותר, וצפים כמעט בלי להתאמץ.

• ביצה במים מלוחים

  ביצה טרייה שוקעת בכוס מים. הוסיפו הרבה מלח וערבבו — והיא תעלה ותצוף.

• גלגל ים

  הוא כבד מעט, אבל נפחו גדול ומלא אוויר. הוא דוחק הרבה מים, ולכן יכול להחזיק אדם מעל פני המים.

שאלות נפוצות

מתי גוף צף ומתי שוקע?

אם הצפיפות של הגוף קטנה מזו של הנוזל, הוא צף. אם היא גדולה יותר, הוא שוקע. אם הן שוות, הוא מרחף בתוך הנוזל בלי לעלות ובלי לרדת — כמו דג.

למה צפים בקלות בים המלח?

כי המים שם צפופים בערך פי 1.2 ממים מתוקים, בגלל כמות המלח העצומה. כדי לדחוק מים במשקל הגוף שלכם, מספיק שחלק קטן יותר מהגוף ישקע. לכן אתם צפים גבוה.

האם חוק ארכימדס עובד גם באוויר?

כן. גם האוויר הוא נוזל במובן הפיזיקלי, ודוחף גופים למעלה. הכוח קטן מאוד, כי האוויר קל. אבל בלון הליום או כדור פורח דוחקים אוויר במשקל גדול יותר ממשקלם — ולכן הם עולים.

חוק ארכימדס במבחן בשבוע הבא?

בקורס הפיזיקה לכיתה ח’ כל נושא מוסבר בסרטון, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.

לקורס כיתה ח’