تعريف الكتلة الحجمية
تُعرَّف الكتلة الحجمية بمصطلح كثافة (بالإنجليزية: Density) المادة، وهي كتلة المادة لكل وحدة حجم، وبعبارة أخرى، الكثافة هي النسبة بين الكتلة والحجم، وهي مقياس لمقدار "الأشياء" التي يحتويها جسم ما في وحدة حجم، وتعد الكثافة أيضًا مقياسًا لمدى تماسك المادة، فكلما تم ضغط المزيد من "الأشياء" أو المادة في مكان محدد، كلما كانت أكثر كثافة، وتم اكتشاف هذا المبدأ من قبل العالم اليوناني أرخميدس.[١]
وتُعرّف الكثافة عمومًا في مجلات العلوم الطبيعية بنسبة كتلة الجسم إلى حجمه؛ في العلوم، مثل الفيزياء، ينصب التركيز على تفاعل المواد مختلفة الكثافة مع بعضها البعض، ولكن في الرياضيات، فهي مجرد معادلة يمكن حسابها بالأرقام المعطاة، وفي مجالات أخرى، مثل العلوم الاجتماعية، تعطي الكثافة عدد الأشخاص في منطقة معينة الكثافة السكانية لتلك المنطقة.[٢]
قانون الكتلة الحجمية
يُعطى قانون الكتلة الحجمية أو قانون الكثافة بالصيغة الآتية:[١]
الكثافة = الكتلة / الحجم
ρ = m / V
حيث إن:
- ρ: الكثافة تقاس بالكيلوجرام لكل متر مكعب.
- m: كتلة الأجسام المقاسة بالكيلوجرام.
- V: هو حجم الجسم المقاس بالأمتار المكعبة
يمكن الحساب باستخدام الجرام لكل سنتيمتر مكعب، لكن الكيلوجرام لكل متر مكعب هو الوحدة القياسية المستخدمة.
مثال:
ما هي كثافة قطعة من الذهب حجمها 0.03 متر مكعباً وكتلتها 579 كيلوجرامًا؟
الحل:
الكثافة = الكتلة / الحجم
ρ = m / V
ρ = 579 /0.03
الكثافة = 19,300 كغ / م^2
التطبيقات على الكتلة الحجمية
يوجد عدة تطبيقات يمكن ذكرها على الكتلة الحجمية أو الكثافة، منها:
تفاعل المواد مختلفة الكثافة مع بعضها
من أحد الاستخدامات الأكثر شيوعًا للكثافة هو كيفية تفاعل المواد المختلفة عند مزجها معًا، حيث يطفو الخشب في الماء؛ لأن كثافته أقل، وتطفو بالونات الهيليوم في الهواء؛ لأن كثافة الهيليوم أقل من كثافة الهواء، أيضًا تغرق المرساة في الماء؛ لأن كثافة المعدن أعلى من كثافة الماء.[٣]
اختبار سوائل السيارة
من التطبيقات المهمة على الكتلة الحجمية هو اختبار سوائل السيارة في محطة السيارات، إذ تعمل محطة السيارة على صب سائل السيارة في مقياس كثافة السوائل (hydrometer)، حيث يحتوي مقياس كثافة السوائل على عدة أدوات للمعايرة (تحديد الكثافة)، يطفو بعضها في السائل، ومن خلال مراقبة أي من هذه الأدوات تطفو في السائل، يمكن لموظفي محطة الخدمة تحديد كثافة السائل، حيث يكشف هذا الاختبار ما إذا كان موظفو محطة الخدمة بحاجة إلى استبداله على الفور، أم لا.[٣]
البطارية
تنتج البطارية، عن تحويل كيميائي، يتم من خلاله إنتاج للطاقة، مثلا عندما تقوم البطارية بتفريغ الكهرباء، في محلول حمضي، يتحد الحمض مع الرصاص في البطارية لتكوين مادة كيميائية جديدة، مما يؤدي إلى انخفاض كثافة المحلول، حيث يمكن قياس هذه الكثافة لتحديد مستوى شحن البطارية المتبقي.[٣]
المراجع
- ^ أ ب "Density Overview, Formula and Examples", study, Retrieved 18/8/2022. Edited.
- ↑ "density", britannica, Retrieved 18/8/2022. Edited.
- ^ أ ب ت "An Introduction to Density: Definition and Calculation", thoughtco, Retrieved 18/8/2022. Edited.
