المحتوى
تعد القدرة على التحويل بين وحدات الكتلة والكثافة والحجم واحدة من المهارات الأساسية اللازمة لحل المشكلات الأساسية في الفيزياء والكيمياء. الكتلة ، في نظام SI للوحدات المستخدمة افتراضيًا في جميع أنحاء العالم في حل مثل هذه المشكلات ، تحتوي الوحدات على كيلوغرامات (كجم) ومشتقاتها ، في حين تحتوي وحدات التخزين على وحدات متر مكعب ، أو م3، متر كونها وحدة SI من الطول. في المقابل ، يتم التعبير عن الكثافة ، وهي الكتلة لكل وحدة حجم ، بالكيلوغرام / م3. نظرًا لأن الكميات غالبًا ما تكون أصغر في التجارب والقياسات اليومية ، فمن المعتاد أن نرى الكثافة معبراً عنها بالجرام3، أو جم / مل (يتم تعريف الملليمتر على أنه سنتيمتر مكعب). كجم / م 3 يساوي 1000 جم / سم3.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم يقرأ)
TL، DR
استخدم التعبير:
م = ρV
لتحويل من م3 في حجم (الخامس) إلى الكتلة (م) بالكيلوغرام. الكثافة (ρ) يختلف باختلاف المواد ، لذلك ستحتاج إلى البحث عن المادة المعنية لإكمال الحساب.
اشتقاق كتلة من حجم
لنفترض أنك حصلت على كمية معروفة من المادة (الماء أو بعض السوائل الأخرى ، أو المعدن ، أو أي شيء آخر يفترض أن يكون له توزيع موحد أو شبه موحد للمادة) وطلب منك حساب كتلته. للقيام بذلك ، استنادًا إلى العلاقات المحددة أعلاه ، يجب أن تعرف كثافة المواد وكثافتها فقط.
منذ الكثافة (ρ) الكتلة (م) مقسوما على حجم (الخامس) ، ثم الكتلة تساوي كثافة مرات الحجم:
ρ = م/الخامس
وبالتالي
م = ρV
كثافات في العالم الحقيقي
تتضمن الجداول المختلفة عبر الإنترنت كثافات المواد الشائعة. على سبيل المثال ، تبلغ كثافة الماء العادي عند درجة حرارة 4 درجات مئوية 1000 كجم / م 3 أو 1 جم / مل ، مرة أخرى بحكم التعريف. الزيوت أقل كثافة من الماء ، ولهذا يفسر المكون النفطي لسلطة مثل الخبز الإيطالي الجزء العلوي من الخليط. يحتوي الحليب ، الذي يتكون بالكامل من الماء تقريبًا ولكن يحتوي على السكريات والبروتين والدهون (عادة) ، على كثافة مياه تبلغ 1.03 مرة.
المعادن كقاعدة بشكل ملحوظ أكثر كثافة من السوائل ، وتختلف إلى حد كبير من واحد إلى آخر. الذهب ، على سبيل المثال ، لديه كثافة 19.3 جم / مل. وهذا يعني أن 1 م3 من الذهب لديه كتلة من 1000 × 19.3 = 19300 كجم. نظرًا لأن 1 كجم = 2.204 رطل ، فإن جزءًا من الذهب متر واحد بمتر واحد في المتر (حوالي حجم طاولة صغيرة) يبلغ كتلة 42537 رطلاً ، أي أكثر من 21 طناً.
تطبيقات
نظرًا لأن سفينة الملاحة الحديثة مصنوعة أساسًا من المعدن ، فكيف تطفو؟ ليعوم شيء ما في الماء ، يجب أن يكون لديه كتلة أقل من الماء الذي يزيحه. يتم تحقيق ذلك نتيجة لكل المساحة الفارغة الموجودة في بناء السفن ، مثل المسافة بين طبقات بدن السفن. عندما يتم وضع قارب معدني مثل الزورق في الماء ، فإنه يبدأ لتغرق لأن المعدن الصلب هو أول ما تلامس المياه. لكن لأن شاملة كثافة الزورق أقل من حجم الماء المكافئ ، حتى مع إضافة مسافر واحد أو اثنين ، يبقى معظمه فوق سطح الماء.