⚒ الكثافة ⚒ Density

هي إحدى خواص المادة، وعندما نتحدث عن كثافة المادة نقصد بذلك العلاقة التي تربط بين كتلة المادة والمساحة التي تأخذها تلك الكتلة (الحجم)، والذي يحدّد كثافة المادة هو حجم الذرات في المادة وكتلتها وطريقة ترتيبها، والمواد ذات الأحجام المتساوية والمختلفة في الكتلة تكون مختلفة الكثافة، ومثال ذلك: إذا كان لدينا مكعب مصنوع من مادة النحاس، ومكعب آخر مصنوع من مادة الخشب، وكليهما لديه نفس الحجم، ستكون كثافة مكعب النحاس أكبر من كثافة مكعب الخشب؛ والسبب في ذلك أنَّ كتلة النحاس أكبر من كتلة الخشب.

العوامل التي تؤثر على الكثافة

تعتمد الكثافة على الحجم والكتلة؛ فالحجم متغير، وبالتالي تتغيّر الكثافة بتغير الحجم لأنّ العلاقة بينهما عكسية، فكلما قل الحجم زادت الكثافة (مع بقاء الكتلة ثابتة)، وهنالك عدة عوامل تؤثّر على الكثافة، ومنها:

🔹️الضغط:

إنّ جزيئات الجسم تقترب من بعضها البعض كلما زاد الضغط عليها لأنّ الجسم المضغوط يقلّ حجمه، وبما أنَّ الحجم يتناسب عكسياً مع الكثافة والضغط، فكلما زاد الضغط على جسم ما تزداد كثافته (علاقة طردية بين الكثافة والضغط).

🔹️الحرارة:

إذا تم تسخين جسم ما تزداد حرارته؛ ممّا يُؤدّي الى تحرك جزيئاته وتباعدها عن بعضها البعض، وبهذا يزداد حجمه، وبما أنَّ الحجم يتناسب عكسياً مع الكثافة وطردياً مع الحرارة، فإن الحرارة تتناسب عكسياً مع الكثافة.

إذا استطاع الباحث تحديد الضغط ودرجة الحرارة المؤثرة على مادة ما، فإنّه يستطيع تحديد كثافتها، فالمواد الغازية أقل كثافة لأنّ جزيئاتها متباعدة عن بعضها البعض، وبهذا فإن حجمها يزيد وتقل كثافتها كون العلاقة بينهما عكسية، أمّا المواد السائلة فهي أعلى كثافة من المواد الغازية، والمواد الصلبة هي الأعلى كثافة من السائلة والغازية، والسبب في ذلك أنَّ جزيئاتها متقاربة مع بعضها البعض، وبالتالي حجمها يقل وتزداد كثافتها تلقائياً.

استخدامات الكثافة

من أكثر استخدامات الكثافة هي معرفة كيفية تفاعل المواد عند خلطها مع بعضها البعض، فمثلاً مادة الخشب تطفو على سطح الماء لأنّ كثافتها أقل، بينما لو أحضرنا قضيباً من الحديد فإنّه يغرق في الماء لأن كثافته أعلى، والعوامات التي تُوضع في خزانات المياه تطفو أيضاً على سطح الماء لأن كثافتها أقل من كثافة الهواء، ومثال آخر: عند الذهاب بالسيارة إلى ميكانيكي السيارات لفحص الزيوت فيها، سيضع الميكانيكي بعض الزيوت في مقياس الهيدروميتر؛ إذ إنّ هذا المقياس يحتوي على أشياء عدة لمعايرة الزيوت ويطفو بعضها في الزيت، ومن خلال ذلك يمكن تحديد كثافة تلك الزيوت، وهذا يساعدنا في معرفة إن كان الزيت بحاجة إلى تغيير أم ما زال صالحاً، وبعض التغيرات في الكثافة مفيدة، ومثال ذلك عندما يحدث تحوّلات كيميائية وينتج عنها طاقة، فبعض البطاريات تُنتج مادة كيميائية عندما يجتمع الحمض مع الرصاص تؤدي إلى انخفاض كثافة المحلول، وعند قياس هذه الكثافة نستطيع معرفة الكمية المتبقية من الشحنات تلك البطارية، وللكثافة استخدامات عديدة أيضاً في الفيزياء والهندسة والجيولوجيا والطقس.

كيفية حساب الكثافة

هذه بعض الأمثلة حول كيفية حساب الكثافة لمادة ما:

🔹️ مثال: إذا علمت أنّ لدينا مكعب متساوي الأضلاع مصنوع من مادة البلاستيك، يَزن 50 غم، وطول ضلعه 4.5 سم، ما هي كثافته؟ الحل: قانون حجم المكعب: حجم المكعب= (طول الضلع)3، طول ضلع المكعّب= 4.5 سم، وبتطبيق القانون: حجم المكعب= (4.5 سم)3 =91.125 سم3، فالآن أصبح الحجم والكتلة معلومين، فبعد ذلك نجد الكثافة حسب القانون: الكثافة= الكتلة / الحجم، الكثافة = 50 غم / 91.125 سم3؛ إذن كثافة مكعب البلاستيك= 0.548 غم/سم3.

🔹️ مثال: مكعب من الألمنيوم، أطوال أضلاعه (6سم، 4سم، 4سم)، ويَزن وزنه 400 غم، أوجد كثافته؟ الحل: حجم المكعب= (الطول x العرض x الارتفاع) حجم المكعب= 6سم*4سم*4سم حجم المكعب= 144 سم3. كتلة المكعب= 400غم. كثافة المكعب= الكتلة/الحجم. كثافة المكعب= 400غم/144سم3. كثافة المكعب= 2.7غم/سم3.