شناوری نیرویی است که تعیین می کند وقتی یک جسم در یک سیال قرار می گیرد غرق شود یا شناور شود. این مفهوم نه تنها در فیزیک محوری است، بلکه نقش مهمی در درک حالات مختلف ماده و برهمکنش‌های آنها دارد. شناوری بر گازها، مایعات و حتی مواد دانه ای تأثیر می گذارد و آن را به پدیده ای گسترده در طبیعت و فناوری تبدیل می کند.
سه حالت اصلی ماده جامد ، مایع و گاز است. جامدات شکل و حجم معینی دارند، مایعات حجم مشخصی دارند اما شکل ظرف خود را می گیرند و گازها نه شکل مشخصی دارند و نه حجم مشخصی، منبسط می شوند تا ظرف خود را پر کنند.
شناوری در درجه اول با مایعات و گازها سروکار دارد، زیرا این سیالات هستند که نیرویی رو به بالا بر روی اجسام غوطه ور یا شناور روی آنها اعمال می کنند. رفتار یک جسم در یک سیال به چگالی جسم نسبت به چگالی سیال بستگی دارد.
اصل شناوری که به عنوان اصل ارشمیدس نیز شناخته می‌شود، بیان می‌کند که نیروی شناوری رو به بالا که بر جسم غوطه‌ور در یک سیال وارد می‌شود، چه به طور کامل یا تا حدی غوطه‌ور باشد، برابر با وزن مایعی است که بدن جابجا می‌کند. از نظر ریاضی می توان آن را به صورت زیر بیان کرد:
\(F_b = \rho_{fluid} \cdot V_{displaced} \cdot g\)
جایی که:
یک جسم اگر چگالی آن کمتر از چگالی سیال باشد شناور می شود و اگر چگالی آن بیشتر باشد غرق می شود. اگر چگالی ها برابر باشند، جسم در داخل سیال معلق می ماند.
چگالی ( \(\rho\) ) به عنوان جرم در واحد حجم یک ماده تعریف می شود:
\(\rho = \frac{m}{V}\)
که در آن \(m\) جرم ماده و \(V\) حجم آن است. چگالی یک جسم نسبت به چگالی یک سیال نقش مهمی در شناوری دارد. اجسام چگالی تر از سیال غرق می شوند، در حالی که آنهایی که چگالی کمتری دارند شناور می شوند.
یک مثال رایج برای نشان دادن شناوری، مورد شناور بودن یخ روی آب است. یخ آب جامد است و شناور است زیرا چگالی آن کمتر از چگالی آب مایع است. این به دلیل ساختار مولکولی منحصر به فرد یخ اتفاق می افتد که باعث می شود حجم بیشتری نسبت به همان مقدار آب به شکل مایع اشغال کند.
آزمایشی برای نشان دادن شناوری را می توان با استفاده از یک لیوان آب و چندین جسم کوچک از مواد مختلف (مانند پلاستیک، فلز و چوب) انجام داد. هنگامی که این اجسام به آرامی در آب می افتند، می توان مشاهداتی در مورد اینکه کدام اجسام شناور هستند و کدام غرق می شوند، انجام داد. این آزمایش ساده نشان می‌دهد که چگونه چگالی اجسام نسبت به آب، شناوری آنها را تعیین می‌کند.
شناوری کاربردهای متعددی هم در پدیده های طبیعی و هم در وسایل ساخت بشر دارد. برخی از برنامه ها عبارتند از:
شناوری خنثی زمانی اتفاق می‌افتد که نیروی شناوری وارد بر یک جسم برابر با وزن جسم باشد و باعث شود آن جسم نه غرق شود و نه شناور شود، بلکه در سیال معلق بماند. این شرایط برای موجودات آبی که نیاز به حفظ عمق مشخصی بدون تلاش زیاد دارند و برای غواصان و وسایل نقلیه زیرآبی که می خواهند در عمق معینی شناور شوند بسیار مهم است.
عوامل متعددی می توانند بر شناوری تأثیر بگذارند، از جمله:
در حالی که اصل شناوری ساده است، طراحی اشیا یا سیستم هایی که به طور موثر از این اصل استفاده می کنند می تواند چالش برانگیز باشد. مهندسان و طراحان باید چگالی مواد، شکل و حجم جسم و شرایط سیال اطراف را به دقت در نظر بگیرند تا به خصوصیات شناوری مورد نظر دست یابند. برای مثال، کشتی‌ها و زیردریایی‌ها با دقت طراحی شده‌اند تا نیاز به شناوری را با یکپارچگی و عملکرد ساختاری متعادل کنند.
شناوری نیرویی اساسی است که نقشی حیاتی در رفتار اجسام در سیالات دارد، خواه در زیر دریا، شناور بر روی سطح آن یا در حال پرواز در هوا. درک اصول شناوری برای پیمایش در جهان طبیعی و برای توسعه فناوری هایی که در آب یا اطراف آن کار می کنند ضروری است. با بررسی فعل و انفعالات بین حالت‌های ماده، قوانین فیزیک و برنامه‌های ابتکاری توسعه‌یافته توسط انسان، درک عمیق‌تری از پیچیدگی و زیبایی دنیای اطراف خود به دست می‌آوریم.
