يمكن إيجاد كثافة جسم باستخدام

يمكن إيجاد كثافة جسم باستخدام

الكتلة والحجم

، من خلال المعادلة التالية:

ρ = m/V.

حيث إنّ:

ρ هي الكثافة

M: الكتلة

V: الحجم

وتعتبر الكثافة في الأساس مقياسًا لمدى تماسك المادة معًا ، إنها خاصية مادية فريدة للجسم ، واكتشف العالم اليوناني أرخميدس مبدأ الكثافة ، من السهل حساب الكثافة في حالة معرفة المعادلة السابقة.

بشكل عام السوائل أقل كثافة من المواد الصلبة والغازات أقل كثافة من السوائل ، ويرجع ذلك إلى حقيقة أن المواد الصلبة تحتوي على جزيئات مكدسة بكثافة ، والسوائل هي مواد يمكن أن تنزلق فيها الجزيئات حول بعضها البعض ، والغازات لها جزيئات حرة في التحرك في كل مكان.

مصطلحات تتعلق بالكثافة

من المصطلحات الهامة للكثافة هي الكتلة والحجم، فالكتلة عند حساب الكمية أو مقدار المادة المراد حسابها داخل أي جسم والكتلة يتم حسابها عن طريق استخدام الميزان بمختلف أنواعه ووحدة قياسه هي الجرام ويرمز له بــ(ج) أو الكيلو جرام ويرمز له بــ(كغ)

أما بخصوص الحجم فهو يرمز أو يعبر عن مساحة الحيز الذي يشغله أي مجسم ثلاثي الأبعاد، ويتم حساب الكثافة عن طريق حساب الكتلة على حساب الحجم وينتج من هذا القانون أن كلما زادت كتلة الجسم كلما زادت الكثافة وكلما زاد حجم الجسم كلما قلت الكثافة، وليس بالضروري عند تساوي حجم أي مجسمين أن يتساوا أيضاً في كثافتهم وذلك لأن كل جسم له الكتلة الخاصة به وبذلك يكون تم ذكر

قوانين الكثافة والكتلة والحجم

ما هي كثافة الأجسام

الكثافة هي صفة فيزيائية للأجسام وترمز لمقدار الكتلة الموجودة في مساحة معينة من الفراغ وهذا الفراغ يعني المساحة المستخدمة للجسم المراد حساب كثافته ويتم وضع الرمز P للكثافة في المعدلات الرياضية ويتم قياس الكثافة للأجسام بوحدة الكيلو جرام لكل متر مكعب ورمزه (Kg/m3) والرمز بالعربي هو (كجم/م2) ومن الممكن أيضاً قياس الكثافة عن طريق استخدام وحدات قياسية أخرى مثل سنتيمتر لكل جرام ورمزه هو (g/cm3) ويتم وضع الرمز M للرمز إلى كتلة الجسم وتقاس بوحدة كيلو جرام ويتم وضع الرمز V وهو يرمز إلى حجم الجسم ويقاس بوحدة المتر3

لكل مادة كثافة مختلفة ومن أسباب أختلاف الكثافة لكل مادة هي درجة الحرارة والضغط ويكون هذا الأختلاف صغيراً إذا كانت المواد صلبة أو مواد سائلة ولكن في المواد الغازية يكون الأختلاف كبير لأن زيادة الضغط في المواد الغازية يقلل من حجم المواد وبالتالي يزيد كثافته بشكل كبير ولكن زيادة درجات الحرارة على المواد تقلل من كثافته بسبب زيادة حجمه.

كيفية حساب الكثافة لجسم ما

يكون أستخدام الكثافة مهم واساسي في المجالات والتخصصات العلمية وبالتحديد في الجيولوجيا وعلم الفلزات لأن الكثافة تقوم بتحديد قدرة جسم معين على الطفو على سطح السائل مثل الماء أو غيره من السوائل وأيضاً للقيام بحساب كثافة الجسم وللقيام بهذه الحسابات يجب إجراء مجموعة من الخطوات مثل الآتي

حساب كتلة الجسم

والكتلة هي مقدار المادة الموجودة داخل أي جسم أي ما يحتويه الجسم من هذه المادة ويتم حساب الكتلة عن طريق حساب وزن الجسم بالميزان وإذا كان هذا الجسم سائل أو مسحوق فيتم أستخدام وعاء ويتم حساب الكتلة عن طريق حساب وزن الوعاء وهو فارغ أولاً ثم وضع الجسم في الوعاء ثم طرح الوزن الخاص بالوعاء من الكتلة الإجمالية.

حساب حجم الجسم

الحجم هو الحيز الذي يشغله الجسم وهناط طرق مختلفة لحساب حجم الجسم وحساب هذا الأختلاف إلى طبيعة حجم الجسم وسوف نوضح طرق حساب الجسم حسب طبيعة كل جسم منهم وهذا هو توضيح

قانون الحجم

إذا كان الجسم صلب ويتكون من أبعاد منتظمة يكون قياس حجم الجسم في هذه الحالة عن طريق قياس الطول والعرض والأرتفاع مثل المكعب أو متوازي المستطيلات وغيرهم، أما إذا كان الجسم أسطواني يتم قياس القطر والطول وهذا يعني أنه يتم قياس الحجم حسب القانون الخاص بحجم الجسم المقصود حتى إذا كان الجسم هرمي او أسطواني أو مكعب أو متوازي المستطيلات.

إذا كان الجسم صلب ويتكون من أبعاد غير منتظمة مثل الصخور خلال هذه الحالة يتم حساب الحجم عن طريق وضع الجسم في الماء ثم حساب حجم الماء الذي قام الجسم بسحبه إلى أعلى وهذه هي

الخاصية التي تحدد إمكانية انغمار جسم صلب في سائل

وتم عمل هذه الطريقة تبعاً لمبدأ أرخميدس والذي أوضح أن حجم الجسم هو حجم الماء نفسه الذي يقوم الجسم بسحبه إلى أعلى بعد وضعه في الماء.

إذا كان الجسم سائل يوضع الجسم في إسطوانة مدرجة الشكل ثم التركيز على قراءة الميزان عند توقف الجسم وهذه هي طريقة

حساب كثافة السوائل

إيجاد حاصل قسمة كتلة الجسم على حجمه

وهي تتمثل في ناتج القسمة الخاصة بمقدار كثافة الجسم ووحدة الكثافة المستخدمة هي وحدة الكتلة على وحدة الحجم.

تحديات قياس الكثافة الدقيقة

الفقاعات

وهي أكثر طريقة مستخدمة بشكل خاطئ في صدور النتيجة وذلك لأنها تسبب البلل في العينة لذلك عند انغمار العينة في السائل يجب بل ومن الضروري إزالة جميع الفقاعات الملتصقة في العينة لأن الفقاعات الباقية ستطفوا ويسبب هذا خطأ كبير في حساب الكثافة لذلك ننصح بإتباع الآتي:

إزالة الشحوم الموجودة في المواد الصلبة المقاومة للمذيب.
عدم لمس الجسم المطلوب غمره في السائل بإيد عارية.
يجب أستخدام عوامل ترطيب أو سوائل عضوية.
تنظيف المعدات المستخدمة بإنتظام وبشكل مستمر.
أستخدام الفرشاة الناعمة التي تزيل فقاعات الهواء الموجودة.

درجة الحرارة

أجسام المواد الصلبة تكون غير متفاعلة إتجاه التقلبات في درجات الحرارة المختلفة المحيطة بالجسم وبالتالي أختلاف درجات الحرارة لا يؤدي إلى أي تغير أو أختلاف في كثافة الجسم ولكن عند أستخدام أي سائل لحساب الكثافة يجب مراعاة الأختلاف في درجات الحرارة لأن درجات الحرارة لها تأثير سريع وقوي في السوائل وتتسبب في تغير الكثافة.

قياس الوزن

الوزن له دور كبير وهام في تحديد الكثافة لذلك يجب اختيار الميزان المستخدم بعناية شديدة لتحديد الكثافة بشكل دقيق ويجب معرفة أقل وزن صافي يمكن أن يقيسه هذا الميزان لمعرفة أقل وزن يوضحه هذا الميزان بدقة عالية.

تطبيقات عملية على الكثافة

السفن والغواصات

وهي من أكبر التطبيقات العملية على الكثافة بسبب تحديد سلوك هذه الأجسام في الماء فهناك الأجسام الذي تطفوا فوق سطح الماء وذلك بسبب أن كثافتها أقل من كثافة الماء والأنواع الأخرى من الأجسام لا تستطيع الطفو وتغرق لأن كثافتها أقل من كثافة الماء أيضاً ولكن تطفوا السفينة فوق سطح الماء لأنها تحتوي على ثقل توازني في قاع السفينة وهذا يسمى خزانات الموازنة وهي عبارة عن صهريج ملئ بالهواء وتكون هذه الصهاريج صاحبة حجم كبير جداً وكتلة صغيرة وهذا يعني أن كثافتها قليلة، هذا بجانب قوة الطفو القادمة من الماء إلى السفينة حتى تستطيع السفينة أن تطفو على سطح الماء وعلى العكس تماماً تقوم الغواصات بتفريغ صهاريج الهواء حتى تتمكن من الغوص في أعماق الماء.

الأنابيب

ويعتبر تدفق السوائل من خلال الأنابيب من التطبيقات الهامة للكثافة وتبعاً لقانون برنولي الذي أوضح كثافة السائل لها تأثير واضح على سرعة السائل وضغطه وارتفاعه لأن السوائل المتدفقة تكون كثافتها مرتفعة ويقل ضغطها وسرعتها وأرتفاعها ويتم أستخدام قانون برنولي من قبل المهندسين.

توزيع وزن الطائرة

تكون قدرة الطائرة الأساسية في أعتمادها على الضغط والسرعة بالإضافة إلى دور الكثافة ويجب العلم أنه مع تغير الوزن على متن الطائرة نتيجة نقص الوقود في المحركات أثناء الطيران بالتالي تكون كثافة الطائرة غير متساوية ومع نقص الوزن تتغير مركز الكتلة للطائرة[1].