ماهي وحدة قياس الكثافة

بواسطة: - آخر تحديث: ١٠:٢٧ ، ١٣ يوليو ٢٠٢٠
ماهي وحدة قياس الكثافة

الكثافة

الكثافة هي مصطلح فيزيائي يُمثّل كُتلة مادّة ما في حجم مُعيّن، وبعبارة أخرى فإن الكثافة هي النسبة بين الكتلة والحجم، أو الكتلة لكل وحدة حجم، وهي مقياس لمقدار المادة التي يحتوي عليها الجسم في وحدة الحجم، ووحدة الكثافة هي كيلوغرام أو غرام لكل متر مكعب أو سنتيمتر مكعب، والكثافة مبدأ اكتشفه العالم اليوناني أرخميدس، وتستخدم الكثافة في حياتنا كثيرًا، ومن أهم استخداماتها التفاعلات بين المواد المختلفة عند خلطها معًا، وكذلك فإنك ترى الخشب يطفو على الماء لأنه أقل كثافة، وتغرق المرساة لأن الحديد كثافته أعلى من الماء، وتعد الكثافة النسبية لمادة ما هي نسبة كثافة المادة إلى كثافة الماء.[١]

وتعد الكثافة من الأمور المهمة، وهي تحدد إذا ما كانت الأجسام ستطفو أم ستغرق؛ فالمواد الأقل كثافة ترتفع للأعلى فوق المواد الأكثر كثافة، وخصوصًا في حالة السوائل والغازات، ولذلك فإن فهم الكثافة له أثر كبير على حركة المواد والغازات في الغلاف الجوي، والأجسام المائعة في الماء، وليتضح لك مبدأ الكثافة أكثر، فإذا أخذت مكعبين لهما نفس الحجم ولكنهما مصنوعان من مواد مختلفة، ثم وزنتهما فلن يكون لهما نفس الوزن في العادة، وهذا يعني أن كثافتهما غير متساوية، وبشكل عام فإن الغازات تكون أقل كثافة من السوائل، وتكون السوائل أقل كثافة من المواد الصلبة، وذلك أن المواد الصلبة لها جزيئات معبأة بكثافة.[٢]


ما هي وحدة قياس الكثافة؟

إن كثافة أي مادة تعتمد على كتلة هذه المادة وحجمها، ويمكن التعبير عن الكثافة بالقانون التالي (الكثافة = الكتلة / الحجم)، مما يعني أن وحدة الكثافة تساوي وحدة الكتلة مقسومة على وحدة الحجم، ولأن وحدة الكتلة تقاس بـ (الغرام)، ووحدة الحجم تقاس بـ (السنتيمتر مكعب)، فإن وحدة قياس الكثافة تكون (غرام لكل سنتيمتر مكعب)، كما يمكن التعبير عن الكثافة أيضا بالكيلوغرام لكل متر مكعب وفقًا للنظام الدولي للوحدات، وعلى سبيل المثال فإن كثافة الماء هي 1 غرام لكل سنتيمتر مكعب، وكثافة الأرض هي 5.51 غرام لكل سنتيمتر مكعب.[٣]


العوامل التي تؤثر على الكثافة

إن كثافة الجسم هي كُتلة المادة مقسومة على الحجم، وتقاس الكثافة عادةً في الظروف القياسية لدرجة الحرارة والضغط الجوي، وهنالك العديد من العوامل التي تؤثر على كثافة المادة وهي:[٤]

  • درجة الحرارة : تتأثر كثافة أي مادة بدرجة الحرارة، فكلما زادت درجة الحرارة زاد حجم المواد، وكلما زاد حجم المادة قلت كثافتها، وكلما انخفضت درجة حرارة المادة يقل حجم المادة مما يؤدي إلى زيادة كثافة المادة، وعلى سبيل المثال، فإنه عند الضغط الجوي العادي تكون كثافة الهواء عند درجة حرارة صفر تساوي 1.29 كيلوغرام لكل متر مكعب، ولكن عند درجة حرارة 10 مئوية، تكون كثافة الهواء 1.25 كيلوغرام لكل متر مكعب، فمن المهم تحديد درجة حرارة المادة عند قياس كثافة مادة ما.
  • الضغط : تتأثر كثافة أي مادة بالضغط، فالضغط يمكن أن يغير من حجم المادة وبالتالي فلإن كثافة المادة تتغير أيضًا، ويكون تأثير الضغط على كثافة الغازات أكبر من تأثيره على السوائل والمواد الصلبة، وكلما زاد الضغط على مادة فإن حجم المادة يقل مما يؤدي إلى زيادة كثافتها، وعلى سبيل المثال فإن كثافة الهواء تساوي 1.225 كيلوغرام لكل متر مكعب، وعندما يكون الهواء محصورًا في بالون فيمكن أن تكون كثافته أكثر بكثير.


كيفية حساب كثافة مادة ما

نظرًا لكون كثافة المادة تقاس من خلال القانون (الكثافة = الكتلة/الحجم)، فيُمكنكَ حساب الكثافة كما في بعض الأمثلة الحسابية الآتية:[٥]

  • ما هي كثافة مكعب السكر الذي يزن 11.2 غرام بقياس 2 سم لضلعه الواحد؟
    • لحساب الكثافة يجب أن يكون لديك في المعطيات كتلة المادة وحجمها، كتلة المادة هي 11.2 غرام أما حجم المكعب فإنه يساوي (طول الضلع) 3 ويساوي في المثال 8 سم، وبذلك فإن الكثافة = 11.2 × 8 = 1.4 غرام لكل سنتيمتر مكعب.
  • يحتوي محلول الماء والملح على 25 غرامًا من الملح في 250 مل من الماء، ما هي كثافة الماء المالح؟ إذا علمت أن كثافة الماء = 1 جم / مل؟
    • أولًا عليك إيجاد كتلة وحجم المياه المالحة، ولإيجاد كتلة المياه المالحة فعلينا إيجاد كتلة الماء، كتلة الماء = كثافة الماء × حجم الماء = 1 × 250 = 250 غرامًا، إذن كتلة الماء المالح = كتلة الملح + كتلة الماء = 25 + 250 = 275 غرامًا، وبالتالي فإن كثافة الماء المالح = كتلة الماء المالح / حجم الماء المالح = 275 / 250 = 1.1 غرام لكل مليمتر مكعب.


مَعْلومَة

قد تتساءل عمّا إذا كان هُناك مجموعة من التّطبيقات العمليّة على الكثافة في حياتك، ومن هذه التطبيقات:[٦]

  • السفن والغواصات: أحد أهم التطبيقات المعروفة للكثافة هو تحديد إذا ما كان الجسم سيطفو في الماء أم لا، فإذا كانت كثافة الجسم أقل من كثافة الماء، فإنه سوف يطفو، أما إذا كانت كثافته أكبر من كثافة الماء فإنه سوف يغرق، وقد طبق الإنسان قوانين الكثافة على السفن فقد جعل فيها خزانات تحمل الهواء، يكون حجمها كبيرًا وكتلتها صغيرة مما يعطي للسفينة كثافة أقل تمكنها من الطفو فوق الماء، وكذلك فإن الغواصات أيضا تغوص تحت الماء من خلال تفريغ هذه الخزانات، وتطفو من خلال ملئها من جديد.
  • تسرب النفط: تستخدم تطبيقات الكثافة أيضًا في تسرب النفط، فالنفط أقل كثافة من الماء، مما يجعله يطفو على وجه الماء في حالات تسرب النفط، وبالرغم من أن انسكابات النفط تضر بالبيئة، إلا أن قدرة النفط على العوم على الماء تساعد على تنظيفه.
  • أنظمة السباكة: تدفق السوائل عبر الأنبوب هو تطبيق مهم في العالم الحقيقي للكثافة، تحكمه علاقة تعرف باسم معادلة برنولي، وهي استخدام خاص لمفهوم الحفاظ على الطاقة، والنتيجة أن كثافة السائل تؤثر على سرعة السائل وضغطه وحتى ارتفاعه، ويعتمد المهندسون على معادلة برنولي في تصميم السدود ومشاريع السباكة واسعة النطاق.
  • توزيع وزن الطائرة: كذلك فإن معادلة برنولي تفسر أيضًا قدرة الطائرة على الطيران، وبالرغم من أن هذه الظاهرة تعتمد في المقام الأول على الضغط والسرعة وليس الكثافة، إلا أن الكثافة تلعب دورًا إضافيًا في الطيران، من خلال توزيع الوزن على متن الطائرة، فكثافة الطائرة ليست موحدة.


المراجع

  1. "An Introduction to Density: Definition and Calculation", thoughtco, Retrieved 2020-7-11. Edited.
  2. "What Is Density? - Explanation & Examples", study, Retrieved 2020-7-11. Edited.
  3. "Density", britannica, Retrieved 2020-7-11. Edited.
  4. "Factors Affecting Density of Matter", school-for-champions, Retrieved 2020-7-11. Edited.
  5. "How to Calculate Density - Worked Example Problem", thoughtco, Retrieved 2020-7-11. Edited.
  6. " Home ⋅ Science ⋅ Physics ⋅ Fundamentals How Can the Study of Density Be Used in the Real World?", sciencing, Retrieved 2020-7-11. Edited.