ما هي الكثافة؟
تعرّف الكثافة على أنّها الكتلة لكلّ وحدة حجم من مادة ما، فعلى سبيل المثال تُساوي كثافة الحديد الخالص 7.87 غم/سم، وهذا يعني أنّ سنتيمتراً مكعّباً واحداً من الحديد تبلغ كتلته 7.87 غرام، كما تُعرف الكثافة فيزيائياً بالرمز (ρ)، والذي يلفظ "رو".
وحدات قياس الكثافة
تختلف الوحدات المستخدمة للتعبير عن كثافة المواد، فمثلاً في النظام المتريّ تُعدّ وحدات غم/سم، و كغ/م من أشهر الوحدات التي تُعبّر عن الكثافة، ويجدر بالذكر أنّه يُمكن أن تختلف الوحدة الحجمية التابعة لمقياس الكثافة حيث يُمكن استخدام وحدات حجوم عدةّ منها؛ م، أو لتر، أو مليلتر، أو غيرها.
كيفية حساب الكثافة
يُمكن حساب الكثافة لأيّة مادة من خلال معرفة كتلة المادة وحجمها، ويكون قانون حساب الكثافة كما يأتي:
الكثافة = الكتلة/الحجم
يُراد حساب كثافة مكعّب سكّر كتلته 11.2 غم، وقياس أحد أضلاع مكعّب السكّر يساوي 2 سم، فإنّ حساب الكثافة يكون باتباع الخطوات الآتية:
- تحديد الكتلة: الكتلة = 11.2 غم.
- إيجاد الحجم: باستخدام قوانين الحجم يكون حجم المكعّب = (الضلع) = 8 سم
- تطبيق قانون الكثافة: كثافة مكعّب السكر = الكتلة/الحجم= 8/11.2 = 1.4 غم/سم
اختلاف كثافة المواد
تختلف كثافة المواد عادةً باختلاف حالتها الفيزيائية، فالغازات أقلّ كثافةً من السوائل، والسوائل أقلّ كثافةً من المواد الصلبة؛ وذلك لأنّ المواد الصلبة يزداد فيها تزاحم الجزئيات في وحدة الحجم الواحدة، أمّا السوائل فإنّ جزئياتها أقلّ تزاحماً حول بعضها ويُمكن أن تنزلق بسهولة، وفي الغازات فإنّ جزئيات المادة متباعدة عن بعضها وحرّة الحركة تماماً.
يوجد العديد من المواد الكثيفة، مثل: معدن الحديد، والرصاص، والبلاتين، وأنواع مختلفة من الصخور، وغالباً ما يزداد الشعور بثقل وصلابة المواد الكثيفة إذا ما قورنت بنفس الحجم من مواد أقلّ كثافة، مثل: الزجاج، والخشب، وبعض المعادن الخفيفة كالألمنيوم، ومن أشهر المواد التي تُستخدم كثافاتها بشكل كبير في التطبيقات العملية ما يأتي:
- كثافة الأرض = 5.51 غم/سم.
- كثافة الماء = 1 غم/سم.
- كثافة الهواء = 1.2 كغ/م.
الكثافة والطفو
يُمكن أن تطفو المواد على سطح الماء بشكل عام إذا كان كثافة المادة الموضوعة على سطح الماء أقلّ من كثافة الماء، حيث يتساوى وزن الماء المزاح مع وزن المادة الموضوعة على سطح الماء، وهذا يعني أنّ المواد ذات الكثافة العالية كالمعادن الصلبة سوف تغرق في الماء.
يُمكن للوح من الألمنيوم أن يطفو على سطح الماء على الرغم من أنّ كثافته أعلى من كثافة الماء؛ وذلك لأنّ كتلته موزّعة على مساحة سطح كبيرة، حيث إنّه إذا لُفّ هذا اللوح على شكل كرة فإنّ كتلته ستتركّز في مكان واحد وسيغرق، ويُفسر ذلك عدم غرق السفن على الرغم من أنّها مصنوعة من مواد أكثر كثافة من الماء؛ حيث إنّ كتلتها موزّعة على مساحة سطح كبيرة، كما يحتوي جسمها كميات كبيرة من الهواء ومواد أخرى أقلّ كثافة من الماء؛ ممّا يجعل جسم السفينة ككلّ أقل كثافةً من قطعة واحدة من المادة الصلبة المكوّنة للسفينة.
يُمكن ملاحظة اختلاف الكثافة بين الزيت والماء عند محاولة خلطهم، فالزيت سيطفو على سطح الماء لأنّ له كثافة أقلّ من كثافة الماء حيث إنّ كثافة الزيت تُساوي تقريباً 0.93 غم/سم وهي أقلّ بقليل من كثافة الماء التي تساوي 1 غم/ سم.
