قانون الكثافة
تُعرف الكثافة بأنها النسبة بين كتلة جسم ما وحجمه، أو كتلة هذا الجسم لكل وحدة حجم، وتعبر الكثافة عن مقدار الأشياء الموجودة في وحدة الحجم، وتُعرف الكتلة بأنها مقدار الأشياء التي يحتويها جسم ما، بينما يُعرف الحجم بأنه الحيز الذي يشغله جسم ما في الفضاء ثلاثي الأبعاد، والصيغة العامة لقانون الكثافة هي الكتلة مقسومة على الحجم، حيث إن وحدة قياس الكتلة هي الغرام أو الكيلوغرام، ووحدة قياس الحجم متر مكعب أو سنتيمتر مكعب.[1]
مثال على قانون الكثافة
لتوضيح كيفية إيجاد كثافة جسم ما، يُمكن الافتراض أن لدينا قطعة من الملح بأبعاد 10 سم، 10 سم، 2 سم وتزن 433غ، ولحساب كثافتها يتم استخدام قانون الكثافة كالآتي:[2]
الكثافة = الحجم ÷ الكتلة
ولحساب حجم قطعة الملح، يتم استخدام قانون الحجم الذي يعتمد على شكل الأجسام، وهو:[2]
- الحجم= الطول*العرض*الارتفاع
- الحجم= 10*10*2 = 200 سم3.
وبحساب حجم الجسم، ومعرفة كتلة الجسم المذكورة، يمكن حساب كثافة الجسم كالآتي:[2]
- الكثافة = الحجم ÷ الكتلة
- الكثافة = 433غ ÷ 200سم3
- الكثافة = 2.165 غ/سم3
وبالتالي فإن كثافة قطعة الملح تساوي 2.615 غ/سم3.
تطبيقات عملية على الكثافة
من أهم التطبيقات العملية لتحديد قيم كثافة الأجسام المختلفة ما يأتي:[3]
- السفن والغواصات: أحد أهم تطبيقات الكثافة العملية هو تحديد سلوك الأجسام في الماء، فبعض الأجسام تطفو فوق الماء لأنها أقل كثافة من كثافة الماء، وبعضها الآخر سيغرق لأن كثافته أقل من كثافة الماء، كما تطفو السفن على سطح الماء لامتلاكها ثقل توازني في قاع السفينة يُسمى خزانات الموازنة (بالإنجليزية: ballast tanks)، وهي عبارة عن صهاريج مليئة بالهواء، لها حجم كبير جداً وكتلة صغيرة، مما يعني كثافة قليلة، وكنتيجة لعملها بالإضافة إلى قوة الطفو التي تمارسها المياه على السفينة تتمكن السفينة من الطفو على وجه الماء، وفي المقابل فإن الغواصات يمكنها من الغوص في أعماق المياه عن طريق إفراغ هذه الخزانات.
- الأنابيب: يعد تدفق الموائع عبر الأنابيب من التطبيقات المهمة للكثافة والتي يُعبر عنها بقانون برنولي، والذي يعني أن كثافة المائع تؤثر على سرعة الموائع وضغطها وحتى ارتفاعها، لذا فإن الموائع المتدفقة ذات الكثافة المرتفعة سيقل ضغطها وسرعتها وارتفاعها على التوالي، ويعتمد المهندسون بشكل عام على معادلة برنولي لتصميم السدود الكبيرة وأنظمة الأنابيب المعقدة.
- توزيع وزن الطائرة: تعتمد قدرة الطائرة على الطيران أساساً على الضغط والسرعة، ومع ذلك فإن الكثافة تلعب دوراً إضافياً في ذلك، وذلك لأن توزيع الأوزان على متن الطائرة متغير باستمرار نتيجة لاستهلاك الوقود في المحركات أثناء الطيران، وبالتالي فإن كثافة الطائرة غير متساوية في جميع أرجاء الطائرة، فمع فقدان الوزن يتغير مركز الكتلة باستمرار، وعلى الطيارين مراقبة هذا التغير باستمرار والقيام بالتعديلات الضرورية للحفاظ على طيران الطائرة.
المراجع
- ↑ Paulina M. (3-9-2018), "Density: Definition, Formula & Practice Problems"، www.study.com, Retrieved 2-5-2019. Edited.
- ^ أ ب ت Andrew Zimmerman Jones (25-10-2018), "An Introduction to Density: Definition and Calculation"، www.thoughtco.com, Retrieved 2-5-2019. Edited.
- ↑ Allison Boley (20-6-2018), "How Can the Study of Density Be Used in the Real World?"، www.sciencing.com, Retrieved 2-5-2019. Edited.