تعريف قانون الكثافة
إن كل مادة موجودة وتشغل حيزاً من الفراغ لها كتلة وحجم وتشغل حيز من الفراغ يكون لها كثافة، حيث أن كثافة المادة هي خاصية من الخواص الفيزيائية وتكون عبارة عن الكتلة الموجودة في كل وحدة حجم، وقد تم اكتشاف الكثافة من قِبل العالم أرخميدس، في هذا المقال سنقوم بتعريف قانون الكثافة، وأهم العوامل التي تؤثر فيها.
ما هو قانون الكثافة
قانون الكثافة بالانجليزية هو Density والكثافة هي صفة فيزيائيّة للمادة، وتسمّى أيضاً بالكتلة الحجميّة، وتُعرف الكثافة بأنها النسبة بين كتلة جسم ما وحجمه، وينص قانونها على أنّها الكميّة الناتجة عن قسمة الكتلة الكليّة لجسم ما على حجمه، ووحدتها عبارة عن وحدة الكتلة مقسومة على وحدة حجم، ومن أشهر وحداتها الغرام/ السنتيمتر مكعب (غ / سم3)، أو يمكن التعبير عنها بوحدة كيلو غرام / متر مكعب (كغ / م3).
وتُعرف الكتلة بأنها مقدار الأشياء التي يحتويها جسم ما، بينما يُعرف الحجم بأنه الحيز الذي يشغله جسم ما في الفضاء ثلاثي الأبعاد، والكثافة قانونها يمكن التعبير عنه رياضياً بـ:
ρ = m/V
حيث إنّ:
ρ : الكثافة.
m: الكتلة وتقاس بوحدة الغرام.
V: الحجم ويقاس بسنتيمتر مكعب.
قانون الكثافة النسبية
- الكثافة النسبية بالإنجليزية Relative density: وتعرف أيضاً بالوزن النوعي وهي صفة فيزيائية للأجسام تعبر عن العلاقة بين كتلتها الحجمية والكتلة الحجمية للماء الخالص الذي درجة حرارته 3,98 °C.
- أما بالنسبة للكثافة النسبية للغازات فتكون علاقتها بين الكتلة الحجمية للغازات مع الكتلة الحجمية للهواء الصافي، وهي عبارة عن رقم مجرد يدل على نسبة معينة، لذلك لا يوجد للكثافة النسبية أي وحدة قياس فهي رقم فقط.
العوامل المؤثرة في الكثافة
بما أنّ الكثافة تعتمد على عاملين مهمين وهما الكتلة والحجم، فإنها تتأثر بتأثرهما، وكون الكتلة ثابتة فهي لا تحدث تغييراً على المادة، ولكن العامل المتغير هو الحجم، فهو يتأثر بالعوامل الخارجيّة المؤثرة على المادة، ويمكن الاستنتاج من قانون الكثافة العلاقة العكسيّة التي تربط الحجم في الكثافة، فكلّما زاد الحجم قلت الكثافة. ومن اهم العوامل التي تؤثر على الكثافة:
- الحرارة: عند تعريض جسم ما للحرارة فإن جزيئاته تمتلك طاقة أعلى وبالتالي تبتعد عن بعضها البعض، ممّا يتسبب في زيادة حجمه، ممّا يعني نقصان كثافة الجسم، إذن فالعلاقة بين الحرارة والحجم طرديّة، أما العلاقة بين الحرارة والكثافة عكسيّة.
- الضغط: عندما يتعرّض الجسم لضغط إضافي فإن جزيئاته تتراص وتقترب من بعضها البعض، ويأتي ذلك بسبب ان الجسم المضغوط يقل حجمه وبالتالي زيادة كثافته، وبما ان الحجم يتناسب عكسيا مع الكثافة والضغط إذاً كلما زاد الضغط على جسم ما كلما ازدادت كثافته وذلك بسبب العلاقة الطردية بين الضغط والكثافة .
وبشكل عام فإن المواد الصلبة هي الأعلى كثافة، تليها المواد السائلة، ثم المواد الغازيّة نظراً لاختلاف المسافات بين جزيئات كل حالة.
تطبيقات عملية على قانون الكثافة
يتم الاستفادة من معرفة كثافة الأجسام في العديد من التطبيقات الحياتية، والتي نذكر منها:
- تصنيع العديد من الآلات ومن أهمها الطائرات، ونظرا لوجود الطائرات في الغلاف الجوي فيجب أن تقل كثافتها لذلك تمَّ اختيار الألمنيوم ليكوِّن هيكل الطائرة بسبب انخفاض كثافته، إذ إنّ الكتلة الكليّة في الطائرة موضوع في غاية الأهميّة.
- عدم غرق السفن وبقاءها على سطح المياه هو إحدى تطبيقات الكثافة في الحياة العملية، حيث أن كثافة الهواء الموجود داخل هيكل السفينة أقل من كثافة المياه ما يساعد السفن على بقائها تطفو على سطح الماء.
- إذا تم ملء بالون بالهواء سوف يطير في الجو بكل سهولة على غرار لو كان البالون مملوء بالماء وذلك لأنّ كثافة الهواء أقل من الماء، ويتم تزويد منطاد الهواء الساخن بغاز الهيليوم، فبمجرد تسخين الغاز تتباعد الجزيئات عن بعضها البعض ويزداد حجم المنطاد، ونسبيًا فبزيادة الحجم تقل الكثافة لأنّ العلاقة بينهما عكسية، وهذا يُساعد المنطاد على الطيران.
- تستخدم الكثافة أيضًا للتعرف على بعض الأمراض الموجودة بالدم بجسم الانسان، حيث أن للدم كثافة معينة والزيادة فيها تدل على تجمع كريات الدم الحمراء بالجسم، وهذا يعني تعرض الشخص إلى أمراض مختلفة كداء النقرس، وارتفاع مستوى الأملاح بالجسم أو التهابات المفاصل..
كل شيء حولنا له كثافة معينة ولمعرفة كثافة جسم فما عليك إلا القيام بقسمة الكتلة على الحجم وستتحصل على النتيجة بكل سهولة وهذا ما وضحناه في مقالنا لهذا اليوم تعريف قانون الكثافة.
