شرح درس سلوك الموائع — العلوم الصف الثاني المتوسط

أهداف الدرس

• أن يفسّر الطالب سبب عدم شعورنا بالضغط الجوي رغم قوته الكبيرة.
• أن يوضّح العلاقة بين الارتفاع عن سطح البحر ومقدار الضغط الجوي.
• أن يصف مصدر قوة الطفو اعتمادًا على فرق الضغط على الجسم.
• أن يذكر نص مبدأ باسكال ويطبّقه على الأنظمة الهيدروليكية.
• أن يحسب الضغط باستخدام العلاقة: الضغط = القوة ÷ المساحة.

شرح الدرس بأسلوب مبسّط

السوائل والغازات تُسمّى الموائع لأنها تنساب، وهي تؤثّر بضغط في الأجسام الموجودة فيها. والهواء المحيط بنا مائع يؤثّر بقوة كبيرة في جميع سطوح أجسامنا، وهذا هو الضغط الجوي.

لماذا لا نشعر بالضغط الجوي؟

السبب هو توازن الضغط: فالسوائل داخل الجسم تضغط إلى الخارج بمقدار كافٍ لموازنة الضغط الجوي المؤثّر فيه من الخارج، فيتوازن الضغطان ولا يتأثّر الجسم. وهذا من بديع خلق الله تعالى الذي أحسن كل شيء خلقه.

الضغط الجوي والارتفاع

يتغيّر الضغط الجوي بتغيّر الارتفاع؛ فكلما زاد الارتفاع عن سطح البحر قلّ الضغط الجوي، لأن عدد جسيمات الهواء في الحجم نفسه يقل، فيقل عدد التصادمات. وقد استخدم الفيزيائي الفرنسي باسكال هذه الفكرة؛ إذ صعد ببالون منفوخ جزئيًّا ومربوط بإحكام إلى قمة جبل، فازداد حجم البالون مع أن كمية الهواء فيه لم تتغيّر، لأن الضغط الخارجي قلّ فأصبحت الجسيمات داخله قادرة على الانتشار أكثر.

مثال من الحياة: كيس رقائق البطاطس المغلق ينتفخ إذا حُمل في رحلة من مدينة ساحلية إلى مدينة جبلية مرتفعة؛ للسبب نفسه الذي جعل بالون باسكال يكبر.

قوة الطفو

عندما يكون جسم مغمورًا في مائع يؤثّر فيه ضغط يدفعه إلى أعلى وضغط يدفعه إلى أسفل، ومحصلة ذلك قوة تدفع الجسم إلى أعلى تُسمّى قوة الطفو.

مبدأ باسكال والأنظمة الهيدروليكية

ماذا يحدث عندما تطأ علبة بلاستيكية مملوءة بالماء ومغلقة بإحكام؟ يتوزّع الضغط الإضافي بالتساوي على الماء كله لعدم وجود منفذ له. وهذا ما ينصّ عليه مبدأ باسكال: الزيادة في الضغط على سائل محصور، الناتجة عن قوة خارجية، تنتقل بالتساوي إلى جميع أجزاء السائل.

وعلى هذا المبدأ تعمل مكابس السوائل (الهيدروليكية)، ومنها رافعة السيارات وكرسي طبيب الأسنان. فالقوة المؤثّرة في المكبس الصغير تولّد ضغطًا إضافيًّا ينتقل عبر السائل إلى المكبس الكبير. ولأن الضغط = القوة ÷ المساحة، فإن القوة = الضغط × المساحة؛ فكلما كبرت مساحة المكبس الآخر كبرت القوة الناتجة، وهكذا ترفع قوة صغيرة سيارة كاملة. ويُقاس الضغط في النظام الدولي بوحدة الباسكال، وهو نيوتن لكل متر مربع.

مصطلحات الدرس

• الضغط الجوي: الضغط الذي يؤثّر به الهواء في جميع سطوح الأجسام.
• توازن الضغط: تساوي ضغط السوائل داخل الجسم مع الضغط الجوي المؤثّر فيه من الخارج.
• قوة الطفو: قوة يؤثّر بها المائع في الجسم المغمور فيه وتدفعه إلى أعلى.
• مبدأ باسكال: الزيادة في الضغط على سائل محصور تنتقل بالتساوي إلى جميع أجزائه.
• الباسكال: وحدة قياس الضغط، وتساوي نيوتن لكل متر مربع.

أفكار لتقديم الدرس في الفصل

• عرض آمن لمبدأ باسكال: املأ قارورة بلاستيكية بالماء، واثقبها ثلاثة ثقوب صغيرة على ارتفاع واحد في جهات مختلفة، ثم أغلقها واضغط عليها فوق حوض؛ سيخرج الماء من الثقوب كلها معًا لأن الضغط انتقل إلى جميع أجزاء السائل.
• مسألة رافعة السيارات: احسبوا معًا: قوة ٢٠٠ نيوتن على مساحة ٢ م² تولّد ضغطًا مقداره ١٠٠ باسكال، ثم ناقشوا ماذا يحدث إذا انتقل هذا الضغط إلى مساحة أكبر.
• جولة فرق: اختم بجولة في لعبة الحروف السداسية على منصة حروف و دروس: (ب) باسكال، (ط) الطفو، (ض) الضغط الجوي.

أخطاء شائعة عند الطلاب

• ظنّ أن الضغط الجوي غير موجود لأننا لا نشعر به: نحن لا نشعر به لأن ضغط السوائل في أجسامنا يوازنه.
• الاعتقاد أن بالون باسكال كبر لأن الهواء فيه زاد: كمية الهواء لم تتغيّر، والذي تغيّر هو الضغط الخارجي.
• الخلط بين القوة والضغط: الضغط هو القوة مقسومة على المساحة، لذلك تختلف القوة الناتجة باختلاف مساحة المكبس.