مقدمة إلى الكثافة: التعريف والحساب

والمواد كثافة يعرف بأنه الكتلة لكل وحدة حجم. بعبارة أخرى ، الكثافة هي النسبة بين الكتلة والحجم أو الكتلة لكل وحدة حجم. وهو مقياس لمقدار "الأشياء" الموجودة في حجم وحدة (متر مكعب أو سنتيمتر مكعب). الكثافة هي في الأساس قياس لمدى تكدس المادة معًا. تم اكتشاف مبدأ الكثافة من قبل العالم اليوناني أرخميدس، ومن السهل حسابه إذا كنت تعرف الصيغة وتفهم الوحدات المرتبطة بها.

لحساب الكثافة (عادة ما يمثلها الرسالة اليونانية "ρ") لكائن ، خذ الكتلة (م) وقسمه على الحجم (الخامس):

ρ = م / الخامس

ال وحدة si الكثافة هي كيلوغرام لكل متر مكعب (كجم / م³). كما يتم تمثيلها بشكل متكرر في وحدات cgs غراما لكل سنتيمتر مكعب (جم / سم³).

في دراسة الكثافة ، قد يكون من المفيد العمل على مشكلة العينة باستخدام صيغة الكثافة ، كما هو مذكور في القسم السابق. تذكر أنه على الرغم من أن الكثافة مقسمة فعليًا من حيث الحجم ، إلا أنها تقاس غالبًا بوحدات الجرام لكل مكعب سنتيمتر لأن غرام يمثل الوزن القياسي ، في حين يمثل سنتيمتر مكعب حجم موضوع.

لهذه المشكلة ، خذ قطعة من الملح بقياس 10.0 سم × 10.0 سم × 2.0 سم ، وتزن 433 جرامًا. للعثور على الكثافة ، استخدم الصيغة التي تساعدك في تحديد مقدار الكتلة لكل وحدة حجم ، أو:

ρ = م / ت

في هذا المثال ، لديك أبعاد الكائن ، لذلك عليك احسب الصوت. ال صيغة للحجم يعتمد على شكل الكائن ، لكنه حساب بسيط لمربع:

ت = طول × عرض × سمك
ت = 10.0 سم × 10.0 سم × 2.0 سم
ت = 200.0 سم³

الآن أن لديك الكتلة والحجم ، احسب الكثافة، على النحو التالي:

ρ = م / ت
ρ = 433 جم / 200.0 سم³
ρ = 2.165 جم / سم³

وبالتالي ، فإن كثافة الطوب الملح هي 2.165 جم / سم³.

أحد أكثر استخدامات الكثافة شيوعًا هو كيفية تفاعل المواد المختلفة عند خلطها معًا. يطفو الخشب في الماء لأنه يحتوي على كثافة أقل ، بينما يغرق المرساة لأن المعدن له كثافة أعلى. تطفو بالونات الهيليوم لأن كثافة الهيليوم أقل من كثافة الهواء.

عندما تقوم محطة خدمة السيارات الخاصة بك باختبار العديد من السوائل ، مثل سائل النقل ، فإنها سوف تصب بعض السائل في مقياس السوائل. يحتوي مقياس السوائل على العديد من الأجسام المعايرة ، بعضها يطفو في السائل. من خلال مراقبة أي من الكائنات تطفو ، يمكن لموظفي محطة الخدمة تحديد كثافة السائل. في حالة سائل النقل ، يكشف هذا الاختبار عما إذا كان موظفو محطة الخدمة بحاجة إلى استبداله على الفور ، أو ما إذا كان السائل لا يزال لديه بعض الحياة فيه.

الكثافة تتيح لك حل للكتلة والحجم إذا أعطيت كمية أخرى. منذ كثافة المواد المشتركة من المعروف ، هذا الحساب واضح إلى حد ما ، في النموذج. (لاحظ أن رمز العلامة النجمية - * - يستخدم لتجنب الالتباس مع متغيرات الحجم والكثافة ، ρ و الخامس، على التوالي.)

الخامس * ρ = مأو
م / ρ = الخامس

يمكن أن يكون التغير في الكثافة مفيدًا أيضًا في تحليل بعض المواقف ، كما يحدث عندما يحدث تحويل كيميائي ويتم إطلاق الطاقة. الشحن في بطارية تخزين ، على سبيل المثال ، هو الحل الحمضي. عند تفريغ البطارية للكهرباء ، يتحد الحمض مع الرصاص في البطارية لتكوين مادة كيميائية جديدة ، مما يؤدي إلى انخفاض في كثافة المحلول. يمكن قياس هذه الكثافة لتحديد مستوى شحن البطارية المتبقي.

الكثافة هي مفهوم رئيسي في تحليل كيفية تفاعل المواد في ميكانيكا الموائع ، والطقس ، والجيولوجيا ، وعلوم المواد ، والهندسة ، وغيرها من مجالات الفيزياء.

المفهوم المتعلق بالكثافة هو جاذبية معينة (أو حتى أكثر ملاءمة ، الكثافة النسبية) للمادة ، وهي نسبة كثافة المادة إلى كثافة الماء. إن كائن ذو ثقل معين أقل من واحد سوف يطفو في الماء ، في حين أن ثقل معين أكبر من واحد يعني أنه سوف يغرق. هذا هو المبدأ الذي يسمح ، على سبيل المثال ، بالون مملوء بالهواء الساخن بالطفو بالنسبة لبقية الهواء.