نظرة عامة
تطفو البيضة النيئة. وتغوص حصاة الحجر الجيري المتماسك. وتغوص كاميرا GoPro HERO13 Black ما لم تُزوّد بملحق للطفو. أما البيانو الكبير الجاف Steinway Model D فتتوقع الحسابات أن يطفو في البداية. تتيح الكثافة والإزاحة والافتراضات الواضحة الوصول إلى أحكام مفيدة، من دون إتلاف المعدات أو إسقاط مقتنيات ثمينة في البحيرة أو تقديم تجربة ذهنية كأنها استعراض نُفّذ في منطقة استحمام عامة مزدحمة. ويشرح دليل ملوحة البحر الميت لماذا تغيّر هذه المياه النتيجة.
الحساب وراء كل إجابة
قاس رصد منشور في أبحاث محكّمة كثافة مياه سطح البحر الميت قرب 1.24 غرام لكل مليلتر. وتقترب كثافة الماء العذب من 1.00. إذا كان متوسط كثافة جسم ما أدنى من كثافة الماء المحيط، فيمكنه أن يطفو. وإذا تجاوزها، فإنه يغوص، إلا إذا خفّض الهواء المحبوس متوسط كثافة الجسم كله.
للجسم المصمت، اقسم كتلته على حجمه. وللجسم المجوف، استخدم كتلته الكلية مع كامل حجم الماء الذي يزيحه غلافه ومحتوياته والهواء المحبوس فيه. لهذا تطفو سفينة فولاذية بينما يغوص مفتاح مصمت من الفولاذ. فبدن السفينة يحيط بحجم كبير من دون إضافة كتلة تناسبه بالمقدار نفسه.
عند كثافة 1.24 كيلوغرام لكل لتر، يستطيع كل لتر من مياه البحر الميت دعم 1.24 كيلوغرام عندما يُزاح بالكامل. اقلب السؤال: اقسم كتلة الجسم على 1.24 لتجد الحد الأدنى من اللترات التي يجب أن يزيحها كي يطفو.
وهذا يفسّر طفو الإنسان المرتفع في البحر الميت. فالمحلول الملحي الأعلى كثافة يحتاج إلى حجم مزاح أقل لدعم كتلة الجسم نفسها. ومع ذلك، يؤثر تركيب الجسم وحجم الرئتين والوضعية في استقراره على الماء.
اثنا عشر جسما واثنا عشر حكما
| الجسم | الحكم بالحساب | السبب |
|---|---|---|
| بيضة نيئة | تطفو | تبلغ كثافة البيضة النيئة المعتادة نحو 1.03 غرام لكل مليلتر، وهي أدنى من قيمة المقارنة للبحر الميت البالغة 1.24. تختلف البيضات، لكن الفارق كبير. |
| حصاة حجر جيري متماسك | تغوص | تبلغ كثافة الحجر الجيري المتماسك المعتاد نحو 2.6 إلى 2.8 غرام لكل سنتيمتر مكعب. وتبقى أعلى بكثير من كثافة المحلول الملحي. |
| GoPro HERO13 Black | تغوص من دون ملحق للطفو | تزن الكاميرا 159 غراما. وحتى الصندوق المحيط بها بأبعاد 71.8 في 50.8 في 33.6 مليمتر لا يتسع إلا لنحو 123 مليلتر، بينما تحتاج كتلة 159 غراما إلى إزاحة 128 مليلتر على الأقل في محلول ملحي كثافته 1.24. وتشغل الكاميرا الفعلية حجما أقل من صندوقها، لذا تغوص. |
| شخص بالغ | يطفو عاليا | متوسطات كثافة جسم الإنسان المنشورة أدنى من كثافة الماء العادي، وتختلف باختلاف تركيب الجسم وهواء الرئتين. ومحلول البحر الميت الملحي أعلى كثافة من ذلك، لذا يُتوقع أن يطفو شخص لا يحمل أثقالا، وإن اختلفت الوضعية ودرجة الاستقرار. |
| شخص ذو عضلات كبيرة جدا | يظل طافيا | قد تزيد العضلات متوسط كثافة الجسم، وتغيّر ارتفاع أجزاء الجسم المختلفة فوق الماء. لكنها لا تدعم الادعاء بأن زائرا عضليا سيغوص في محلول ملحي كثافته 1.24. |
| قارب تجديف خشبي محكم الإغلاق | يطفو | متوسط كثافة الخشب والبدن والهواء المحبوس معا أدنى من كثافة المحلول الملحي. وقد يتغير الحساب مع التلف أو دخول الماء أو الحمولة الثقيلة. |
| سفينة شحن فولاذية | تطفو من حيث المبدأ | تحتاج سفينة كتلتها 1,000 طن إلى إزاحة نحو 806 أمتار مكعبة من ماء كثافته 1.24. ويستطيع بدن مجوف مناسب فعل ذلك، رغم كثافة صفائحه الفولاذية. أما إمكانية الوصول الحالية أو التصريح فهي مسألة منفصلة. |
| سيارة نوافذها مغلقة | تطفو في البداية، ثم تغوص مع امتلائها بالماء | قد يمنح هواء المقصورة المحبوس السيارة طفوها الأولي. لكن الأبواب وفتحات التهوية وموانع التسرب لا تشكّل بدنا دائما مانعا لدخول الماء؛ ومع حلول الماء محل الهواء، تفقد السيارة ذلك الطفو. |
| كتلة متماسكة من طين البحر الميت الرطب | تغوص | استخدم نموذج جيوتقني لطين البحر الميت البحيري الرطب كثافة حجمية تبلغ نحو 2.145 غرام لكل سنتيمتر مكعب. لذلك تكون الكتلة المتماسكة أعلى كثافة من المحلول الملحي، وإن بقيت الجزيئات الدقيقة التي أُثيرت معلقة قبل أن تترسب. |
| كتلة خرسانة عادية الوزن | تغوص | تقترب كثافة الخرسانة عادية الوزن من 2.4 غرام لكل سنتيمتر مكعب، أي نحو ضعفي قيمة المقارنة للبحر الميت. ولا تملك الكتلة المصمتة بدنا كبيرا مملوءا بالهواء. |
| بيانو كبير جاف Steinway Model D | يُتوقع أن يطفو في البداية | تحتاج كتلته البالغة 483 كيلوغراما إلى إزاحة نحو 390 لترا. ويعطي نموذج كثافات المكوّنات نحو 488 لترا من المادة الصلبة قبل احتساب الهواء المحبوس، وهو ما يكفي للطفو ضمن الافتراضات الموضحة أدناه. |
| حوت أزرق | يطفو ضمن تجربة ذهنية | الحجم ليس المتغير الحاسم. فالحوت القادر على الطفو في مياه البحر الأقل كثافة يتلقى أيضا قوة طفو كافية من محلول البحر الميت الملحي الأعلى كثافة، مع تأثير حالة الجسم وهواء الرئتين في وضعيته الدقيقة. |
وتقدم كرة الغولف المعتادة مفاجأة إضافية. فقد قاست تجربة توضيحية جامعية كثافة كرتها عند 1.15 غرام لكل مليلتر، أي أدنى من قيمة المقارنة للبحر الميت، لذا يُفترض أن تطفو كرة مماثلة سليمة. وتشرح مقارنة البحر الميت بالمحيط لماذا قد يتغير سلوك الأجسام القريبة من الحد الفاصل عندما يتغير الماء المحيط.
حساب البيانو
تورد Steinway كتلة طراز Model D عند 483 كيلوغراما. اقسم تلك الكتلة على 1,240 كيلوغراما لكل متر مكعب، وهي كثافة البحر الميت المقربة المستخدمة هنا، فيحتاج البيانو إلى إزاحة 0.390 متر مكعب على الأقل، أو نحو 390 لترا، كي يطفو.
يضع وصف قديم منشور لعملية التصنيع كتلة لوح الحديد الزهر عند 154 كيلوغراما. وعند نحو 7.1 كيلوغرام لكل لتر، يشغل ذلك اللوح قرابة 22 لترا. وإذا عوملت الكتلة المتبقية البالغة 329 كيلوغراما بوصفها خشب قيقب صلبا بكثافة تقارب 0.705 كيلوغرام لكل لتر، فإنها تضيف 467 لترا أخرى. ويصل النموذج في مجموعه إلى نحو 488 لترا، ومتوسط كثافة للمادة قرب 0.99 كيلوغرام لكل لتر.
يتوقع نموذج المواد الجافة أن يطفو Steinway Model D في البداية: فحجم المادة المحسوب، البالغ نحو 488 لترا، يتجاوز 390 لترا المطلوبة. ولا يحتسب النموذج الهواء المحبوس. وقد تتغير النتيجة مع امتصاص الخشب للماء، كما أنه لا يتنبأ بزاوية البيانو أو مدة بقائه طافيا.
ويترك النموذج أيضا مجالا للقطع المعدنية الكثيفة. إذ يمكن استبدال نحو 77 كيلوغراما من الجزء الذي مُثّل بخشب القيقب بقطع ذات كثافة الحديد، قبل أن يصل الحجم الإجمالي إلى عتبة 390 لترا. وتحدد Steinway أيضا استخدام خشب التنوب الأقل كثافة في الدعامات والمفاتيح وقاعدة لوحة المفاتيح ولوح الصوت. وضمن هذه الافتراضات المعلنة، ومن دون الاستعانة بأي طفو ناتج عن جيوب هواء محبوسة غير مقاسة، فالإجابة التي يبحث عنها الناس هي نعم: يُتوقع أن يطفو Model D الجاف في البداية، وإن لم يستطع هذا الحساب تحديد زاوية استقراره أو الزمن الذي يمر قبل أن يغيّر الماء الممتص التوازن.
احسب لجسم آخر من دون إسقاطه في البحيرة
ابدأ بقياسين، الكتلة بالغرام والحجم المزاح بالمليلتر، ثم اقسم الرقم الأول على الثاني. تشير نتيجة أدنى من نحو 1.24 إلى الطفو، وأعلى من نحو 1.24 إلى الغوص. وللجسم المجوف المحكم، احسب الحجم المملوء بالهواء. أما ما يتسرب إليه الماء أو يمتصه أو يغيّر شكله، فاحسب حالته الجافة في البداية وحالته بعد الامتلاء بالماء.
يمكنك توضيح المبدأ في المنزل ببيضة أو زجاجة محكمة داخل وعاء شفاف، مع إضافة ملح عادي تدريجيا. ويضيف دليل الحقائق (بالإنجليزية) مزيدا من السياق. وعند الشاطئ، لا تُسقط أجساما في منطقة الاستحمام. اتبع قواعد السباحة في البحر الميت (بالإنجليزية) واقرأ ما ينبغي أن يتوقعه الزائر للمرة الأولى (بالإنجليزية).
أسئلة شائعة
هل يطفو كل شيء في البحر الميت؟
لا. لا يطفو الجسم إلا عندما يستطيع إزاحة كمية من المحلول الملحي يعادل وزنها وزنه. يُفترض أن تطفو البيضة النيئة والقارب الخشبي المحكم ضمن الشروط المذكورة، بينما يغوص الحجر الجيري المتماسك والطين البحيري الرطب والخرسانة عادية الوزن. وقد يتغير الحكم للأجسام المجوفة عندما يدخلها الماء ويحل محل الهواء المحبوس.
هل يطفو بيانو Steinway Model D في البحر الميت؟
نعم، في البداية. تحتاج كتلته البالغة 483 كيلوغراما إلى إزاحة نحو 390 لترا، بينما تنتج افتراضات المكوّنات المذكورة حجما من المادة الصلبة يقارب 488 لترا، قبل احتساب أي هواء محبوس. وقد يغيّر امتصاص الماء النتيجة مع الوقت، لذا يتنبأ هذا بطفو أولي، لا بمدته أو زاوية الاستقرار.
هل تطفو كاميرا GoPro مقاومة للماء؟
تشير الحسابات إلى أن كاميرا GoPro HERO13 Black من دون ملحق للطفو ستغوص. فكتلتها البالغة 159 غراما تتطلب إزاحة أكثر من 128 مليلتر، لكن حتى الصندوق المستطيل المحيط بأبعادها المنشورة لا يتجاوز نحو 123 مليلتر. وتحتاج الكاميرات الأخرى إلى حساب كتلتها وحجمها؛ فمقاومة الماء وحدها لا تمنح الطفو.
هل يطفو طين البحر الميت؟
يُتوقع أن تغوص كتلة متماسكة من الطين البحيري الرطب، لأن كثافتها الحجمية في النموذج، البالغة نحو 2.145 غرام لكل سنتيمتر مكعب، تتجاوز كثافة المحلول الملحي التقريبية البالغة 1.24. وقد تبقى طبقة رقيقة أو سحابة من الجزيئات الدقيقة المثارة معلقة لبعض الوقت، وتتحرك مع الماء وتترسب تدريجيا. لكن هذا السلوك المؤقت يجيب عن سؤال مختلف عن امتلاك كتلة متماسكة واحدة طفوًا كافيا للبقاء على السطح.
هل يمكنني اختبار الأجسام على شاطئ البحر الميت؟
استخدم الحسابات أو تجربة في وعاء بالمنزل بدلا من إسقاط أجسام في منطقة استحمام عامة. فقد تغري المقتنيات المفقودة شخصا بمحاولة استعادتها من المحلول الملحي المركز. أبق الأجهزة الإلكترونية على الشاطئ، واتبع تعليمات المنقذين المحليين، واستعن بدليل الأخطاء الشائعة في البحر الميت (بالإنجليزية) لخطوات الوقاية العملية. وإذا وصل المحلول الملحي إلى عينيك، فاتبع الإرشادات الفورية في دليل سلامة العينين (بالإنجليزية).
