چه می‌شود اگر یک سندان (یک وسیله سنگین آهنی که آهنگرها قطعات آهن را روی آن گذاشته و می‌کوبند) با جرمی بیش از ۵۰ کیلوگرم داخل یک تشت آب رها شود؟ واضح است که با رها شدن این جسم به داخل تشت آب پس از ایجاد یک بی‌نظمی شدید (splash) در سطح آب، خیلی سریع سندان به کف تشت برخورد می‌کند؛ اما یک مایعی وجود دارد که سندان به‌راحتی روی آن شناور می‌ماند. این مایع جیوه هست؛ اما چگونه این جسم سنگین می‌تواند روی جیوه شناور بماند؟ صدای ضربه چکش روی سندان داخل جیوه چه تفاوتی با صدای این ضربه روی سندانی که خارج از جیوه است وجود دارد؟
مفهوم شناوری به زبان ساده
ظاهراً جسم سنگین‌تر باید به‌سختی شناور بماند ولی مفهوم شناوری (بر اساس قانون ارشمیدس) بیان می‌کند که شناور شدن یک جسم داخل یک مایع تنها به اختلاف چگالی جسم و مایع بستگی دارد و هیچ ارتباطی نمی‌توان بین جرم جسم و شناور شدن آن برقرار کرد. برای همین حتی اگر جرم این سندان به‌جای ۵۰ کیلوگرم، ۵۰۰۰ کیلوگرم هم می‌بود باز روی جیوه شناور می‌ماند. چرا که چگالی جیوه بیشتر از چگالی آهن است.
مثال‌هایی در مورد شناوری
پس تنها با بررسی اختلاف چگالی می‌توان وضعیت شناوری یک جسم را روی یک مایع مشخص کرد. برای مثال چگالی آب برابر با ۱ گرم بر سانتی متر مکعب است و چگالی یک قطعه چوب کاج چیزی حدود ۰٫۶۵ گرم بر سانتی متر مکعب است پس به علت این که چگالی چوب کمتر از آب است، روی آب شناور می‌شود. در این مسئله هم چگالی آهن حدود ۸ گرم بر سانتی متر مکعب است و چگالی جیوه حدود ۱۳٫۶ گرم بر سانتی متر مکعب است. از این رو به علت اختلاف چگالی سندان آهنی روی جیوه شناور می‌ماند.
تغییر صدای ضربه چکش روی سندان
یک خط کش فلزی را در نظر بگیرید که در هوا قرار دارد و فقط یک انتهای آن به یک سکو متصل است، همچنین یک خط کش فلزی دیگر را در نظر بگیرید که در یک ظرف آب در حالی که فقط یک سمت آن به یک سکو متصل است قرار دارد. حال اگر یک ضربه به دو خط کش زده شود برای هر یک چه تلاقی رخ می‌دهد؟ خط کشی که در هوا قرار گرفته مدت بیشتری می‌لرزد و مرتعش می‌ماند، چرا که هوا در مقایسه با آب مقاومت کمتری در برابر حرکت از خود نشان می‌دهد و به همین دلیل در آب حرکت خط کش سریع‌تر میرا می‌شود. در این مسئله هم مشابه این اتفاق رخ می‌دهد. می‌دانیم که صوت به‌وسیله ارتعاش ذرات هوا به شنیده می‌شود. پس اگر ارتعاش سندان بعد از ضربه سریعاً میرا شود، مدت کمتری هم صوت ناشی از ضربه شنیده می‌شود. پس به دلیل مقاومت زیاد جیوه مایع در برابر ارتعاش هنگامی که ضربه به سندان معلق در جیوه می‌خورد برای مدت کوتاهی صدای ضربه شنیده می‌شود در حالی که مدت شنیده شدن صدای ضربه سندان خارج از جیوه بیشتر است.
منبع: technology.org
با تشکر از Condy don Reeder برای تهیه فیلم و شرایط آزمایش
