ما هي الكثافة؟

إذًا "ما هي الكثافة؟" هي الكتلة لوحدة الحجم، ويمكن قياسها باستخدام المقياس، ووحدة قياسها (جم/سم³) أو (كجم/ م³).

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

محتويات

قانون الكثافة

ما هي الكثافة؟

العوامل التي تؤثر على الكثافة

استخدامات الكثافة

كيفية حساب الكثافة

الكَثافة النوعية

خصائص الكثافة

تطبيقات الكثافة

قيم الكثافة للمواد

---

قانون الكثافة

طور قانون الكثافة العالم اليوناني (أرخميدس) من أجل حساب كثافة المادة، يجب أن نعرف كتلة المادة وحجم المادة، نظرًا لأن الكثافة تساوي الكتلة مقسومة على الحجم، وبموجب القانون (ث=ك×ح) يجب علينا إنشاء متغيرين من المعادلة لحساب المتغير الثالث، والشكل الآخر للقانون هو حساب كتلة المادة (ك=ث×ح)، ولكن لحساب حجم المادة، نستخدم الصيغة الثانية للقانون، وهي (ح=ك/ث). وتعني الرموز السابقة:

• ث: كثافة المادة.
• ك: كتلة المادة.
• ح: حجم المادة.

لذلك: الكثافة =الكتلة /الحجم، وفي الرموز: ث=ك/ح.

ما هي الكثافة؟

يمكننا توضيح "ما هي الكثافة" من خلال الآتي:

• الكثافة هي إحدى خصائص المادة، وعندما نتحدث عن كثافة مادة ما، فإننا نعني العلاقة بين كتلة المادة والمساحة التي تشغلها الكتلة.
• ما يحدد كثافة المادة هو حجم الأجزاء في المادة والكتلة وطريقة ترتيبها والمواد ذات الأحجام المتشابهة والمختلفة في الكتلة ذات كثافة مختلفة.
• على سبيل المثال: إذا كان لدينا مكعب من مادة نحاسية، ومكعب آخر من الخشب، تكون كثافة المكعب النحاسي أكبر من كثافة المكعب الخشبي، والسبب في ذلك هو أن كتلة النحاس أكبر من كتلة الخشب.

العوامل التي تؤثر على الكثافة

وفقًا للقانون أعلاه، نستنتج أن الكثافة تعتمد على الحجم والكتلة؛ الحجم متغير وبالتالي الكثافة تتغير مع تغير الحجم لأن العلاقة بينهما مرتبطة عكسياً، لذلك يكون الحجم أصغر، أعلى الكثافة (بينما يظل الحمل ثابتًا)، وهناك عدة عوامل تؤثر على الكثافة، بما فيها:

• الضغط

تقترب جزيئات الجسم من بعضها البعض مع زيادة الضغط عليها، لأن الجسم المضغوط يتناقص في الحجم نظرًا لأن الحجم يتناسب عكسًا مع الكثافة والضغط، تزداد كثافة الجسم (العلاقة المباشرة بين الكثافة والضغط).

• الحرارة

إذا تم تسخين جسم ما، فإنه يسخن، الأمر الذي يؤدي إلى حركة جسيماتها وبعدها عن بعضها البعض، وبالتالي زيادة حجمها، وبما أن الحجم يتناسب عكسياً مع الكثافة ومباشرةً بالنسبة للحرارة، فإن الحرارة تتناسب عكسياً مع الكثافة.

استخدامات الكثافة

أحد الاستخدامات الأكثر شيوعًا للكثافة هو معرفة كيفية تفاعل المواد مع بعضها البعض عند مزجها معًا، على سبيل المثال:

• تطفو المادة الخشبية على سطح الماء لأن كثافتها أقل، فإذا أحضرنا قضيبًا حديديًا، فسوف يغرق في الماء لأن الكثافة أعلى، والعوامات التي توضع في خزانات المياه تطفو أيضًا على سطح الماء لأن كثافتها أقل من كثافة الهواء.
• مثال آخر: عند الذهاب إلى ميكانيكي سيارات لفحص الزيوت الموجودة فيه، يضعون بعض الزيوت في مقياس كثافة السوائل نظرًا لأن هذا المقياس يحتوي على عناصر مختلفة لمعايرة الزيوت، وبعضها يطفو في الزيت، فمن الممكن تحديد كثافة الزيوت، ويساعدنا هذا على معرفة ما إذا كان الزيت بحاجة إلى التغيير أو لا يزال صالحًا.

وبعض التغييرات في الكثافة مفيدة، على سبيل المثال: عندما تحدث التحولات الكيميائية وتولد الطاقة، فبعض البطاريات تنتج مادة كيميائية عندما يلتقي الحمض مع الرصاص مما يؤدي إلى انخفاض في كثافة المحلول، وعندما نقيس الكثافة، يمكننا أن نرى شحنة البطارية المتبقية.

للكثافة استخدامات كثيرة جدًا في الفيزياء والهندسة والجيولوجيا والطقس.

كيفية حساب الكثافة

فيما يلي بعض الأمثلة على حسابات كثافة المواد:

• مثال (1)

علمت أن لدينا مكعبًا بلاستيكيًا متساوي الأضلاع، يزن 50 جرامًا وطول ضلعه 4. 5 سم، فما هي الكثافة؟

الحل:

قانون حجم المكعب= (طول الضلع) 3، طول ضلع المكعب =4.5 سم، وبتطبيق القاعدة: حجم المكعب ( 4.5) 3 =91.125 سم 3، لذا فإن الحجم والكتلة معروفان الآن، لذلك لا يزال بإمكاننا إيجاد الكثافة وفقًا للقاعدة: الكثافة = الكتلة/الحجم، الكثافة 50 جم/91. 125 سم؛ إذاً، كثافة المكعب البلاستيكي هي 0. 548 جم/سم 3.

• مثال (2)

مكعب من الألومنيوم طوله (6 سم، 4 سم، 4 سم) ويزن 400 جم، أوجد الكثافة؟

الحل:

حجم المكعب= (الطول x العرض x الارتفاع).

حجم المكعب= 6سم*4سم*4سم.

حجم المكعب= 144 سم3.

كتلة المكعب= 400غم.

كثافة المكعب= الكتلة/الحجم.

كثافة المكعب= 400غم/144سم3.

كثافة المكعب= 2.7غم/سم3.

الكَثافة النوعية

الكثافة النوعية للمادة هي مفهوم متعلق بمفهوم الكثافة (يُطلق عليها أيضًا "الكثافة النسبية"، وهي أكثر ملاءمة).

الكثافة النوعية هي نسبة كثافة المادة إلى كثافة الماء، لذلك عندما تكون الكثافة النوعية لجسم ما أقل من واحد، يطفو الجسم على سطح الماء، بينما يغرق الجسم بكثافة كبر من واحد، هذا هو المبدأ الذي يسمح بخداع البالون المملوء بالهواء الساخن.

خصائص الكثافة

من أهم الخصائص التي تتحكم في الكثافة بشكل عام وتنطبق على جميع المواد:

1. يقل حجم المادة كلما زادت كثافتها، فتكون العلاقة بينهما عكسية.
2. تستخدم الكثافة وحدات القياس المستخدمة لقياس الكتلة (جرام) والحجم (متر مكعب).
3. من الصعب معرفة كثافة مادة ما مباشرة لذلك، يلزم معرفة الوزن والحجم لاستخدامهما في معادلة الكثافة (الحجم/الكتلة).
4. تبلغ كثافة الغازات 1. 000 جرام لكل سنتيمتر مكعب، بينما تبلغ كثافة السوائل 1. 0 جرام/سم.
5. المعادن لها كثافة عالية جداً من 6-7 جم/سم.
6. تساعد الكثافة على تحديد قدرة الجسم على الطفو فوق المواد الأخرى، لذلك تطفو المواد منخفضة الكثافة فوق المواد الأعلى.

تطبيقات الكثافة

هناك العديد من المجالات والتطبيقات العلمية التي يمكن أن تعتمد على الكثافة، ومن أهمها:

• التوازن الأرضي

خاصية مهمة في الكشف عن الموضع الذي ستأتي فيه القارات العليا أثناء وجودها على وشاح الأرض.

• علم المحيطات

شرح ظاهرة التيارات المتلاحقة في المحيطات وتكرار حدوثها.

• منحنى الارتفاعات

من أهم الأمور لدعم التباين الملحوظ في ارتفاع الأرض.

• الصخور

يهتم الجيولوجيون بمعرفة كثافة الصخور حتى يتمكنوا من تحديد تكوينها وتسميتها وتصنيفها.

• المعادن

تلعب الكثافة دورًا مهمًا في الكشف عن تصنيف وتسمية المعدن.

• الصفائح التكتونية

في هذا السياق، تشرح الكثافة الأسباب الدقيقة لوضع الألواح وحركتها.

• مصابيح الحمم

يُعرف أيضًا باسم مصباح الحركة السائلة، يشرح كيف تتحرك حفر النار لأعلى ولأسفل بأشكال مختلفة، تتكون هذه الكتل عادة من وعاء ماء عميق يحتوي على سائل زيتي عضوي لا يمكن أن يختلط بالماء، تحدث مرحلة أخرى عندما تصبح المادة الزيتية أكثر كثافة من كثافة الماء.

لذلك عند درجة حرارة الغرفة تستقر في قاع الحاوية، وفي حالة وجود مصدر حرارة (يوجد المصباح)، يبدأ السائل في الارتفاع تدريجياً بسبب كثافته المنخفضة أقل من الماء ثم يطفو الزيت على سطح الماء.

قيم الكثافة للمواد

بعض المواد في الطبيعة لها قيم ثابتة لكثافتها، ومن أهم هذه القيم:

• فولاذ: 7. 82 جم/سم3.
• الهواء: 0. 0013 جم/سم3.
• الماء: 1. 00 جم/سم3.
• الذهب: 19. 32 جرام/سم3.
• الميثان: 0. 72.
• الهيدروجين: 0. 09.
• الألومنيوم: 2. 70.
• الليثيوم: 0. 53.
• السكر: 1.59.
• كلوريد الصوديوم: 2. 16.
• الحديد: 7. 9.