المحتوى
الكثافة (D) هي كمية تُعرف بالكتلة (m) لكل وحدة حجم (v): D = m ÷ v. نظرًا لأن هذه الكميات الثلاثة مرتبطة ، فيمكنك العثور على واحد منها إذا كنت تعرف الآخران. هذا مفيد أكثر مما يبدو لأن الكثافة غالبًا ما تكون كمية معروفة يمكنك البحث عنها ، على افتراض أنك تعرف تركيبة المادة. الحسابات بسيطة للأجسام الصلبة ، لكن الأمور تصبح أكثر تعقيدًا بالنسبة للسوائل ، التي تتغير كثافتها مع درجة الحرارة ، وللغازات ، التي تعتمد الكثافة على درجة الحرارة والضغط.
استخدام وحدات متسقة
المعادلة المتعلقة بالكثافة والكتلة والحجم واضحة ومباشرة وتسمح لك بحساب كثافة المادة إذا قمت بقياس كتلتها وحجمها. التحذير الوحيد هو أنه يجب عليك إجراء القياسات في نفس النظام. على سبيل المثال ، إذا قمت بقياس الكتلة بالكيلوغرام ، فيجب عليك قياس الحجم بالأمتار المكعبة ، وإذا قمت بقياس الحجم بالسترات ، فيجب قياس الكتلة بالجنيه. الأنظمة الثلاثة التي من المحتمل أن تستخدمها هي CGS (سم ، غرام ، ثانية) ، MKS ، (متر ، كيلوغرام ، ثانية) و British Imperial. الوحدات الأكثر استخدامًا للكثافات في هذه الأنظمة الثلاثة هي:
حسابات الكثافة
مثال: افترض أن لديك دورق مليء بمحلول مائي غامض. يمكن أن يساعد حساب كثافته ومقارنته بكثافة الماء النقي في تحديد تركيبته.
يمكنك حساب حجم المحلول عن طريق قياس أبعاد الدورق ومستوى السائل وتجده 355 مل. نظرًا لأن الملليمتر هو سنتيمتر مكعب ، يجب أن تجد الكتلة بالجرام. تجد أن لها 372 جم. وتبلغ الكثافة 372 جم ÷ 355 مل = 1.05 جم / مل. هذا أكثر كثافة قليلاً من الماء النقي (1 جم / مل) ، لذلك كل ما يذوب في الماء يكون بتركيز منخفض.
مثال: تجد صخرة كبيرة ذات شكل كروي تقريبًا وتريد أن تعرف تركيبتها. يمكن العثور على كثافته مساعدتك في تحديد ذلك.
احسب حجم الصخر عن طريق قياس قطره وقسمه على 2 لإيجاد نصف قطره (r). حجم الكرة هو 4 / 3πr3، إذا كان للصخرة نصف قطرها 10 بوصات ، فإن حجمها 418.67 بوصة مكعبة. حوّل إلى قدم مكعب بضرب 0.00057. والنتيجة هي 0.239 قدم مكعب. إذا كان وزن الصخور 40 رطلاً ، فإن كثافتها تبلغ 40 رطل / 0.239 قدم3 = 167. 36 رطل / قدم3. هذه قريبة جدًا من كثافة الجرانيت ، لذلك هناك فرصة جيدة لأن تكون الصخور من الجرانيت الصلب.
باستخدام جداول الكثافة
إذا كان لديك كائن مصنوع من مادة معروفة ، يمكنك البحث عن كثافتها في جدول. تتيح لك هذه المعلومات حساب حجمها من خلال وزنها. إذا كنت تعرف حجمها بالفعل ، يمكنك حساب كتلته. كل ما عليك فعله هو إعادة ترتيب معادلة الكثافة للتعبير عن المعلمة التي تريدها من حيث المعيارين الآخرين.
مثال: لنفترض أن لديك تمثالًا ذهبيًا ، وترغب في العثور على حجمه.
D = m ÷ v ، هكذا ت = م ÷ د
تجد التمثال يزن 2 كجم. في الجدول ، ستجد كثافة الذهب حوالي 19300 كجم / م3. عند توصيل الأرقام ، ستجد أن الحجم يكون 2 كجم ÷ 19300 كجم / م3 = 0.0001 م3 أو حوالي عشر لتر.
مثال: كم يبلغ وزن ملليلتر من الزئبق؟
D = m ÷ v ، هكذا م = مد
تبلغ كثافة الزئبق 13.6 جم / مل ، وبالتالي فإن حجم 1 مل لديه كتلة 13.6 جرام.