ال كثافة هي كمية تتعلق بكتلة مادة معينة وحجمها.
يتم إعطاؤه بواسطة الصيغة: الكثافة = معكرونة أو د = م
حجم
وحدة الكثافة في النظام الدولي هي كجم / م3، ولكن في الحسابات اليومية ، تُستخدم الوحدات التالية أيضًا: ز / سم3, ز / مل و ز / لتر.
وهكذا ، عند حساب كثافة الماء ، على سبيل المثال ، يكفي وضعها في دورق وقياس حجمها. ثم نزن هذا الدورق بالماء ونختزله بكتلة الدورق ، ونكتشف كتلة الماء. ثم قسّمها على الحجم الذي تشغله.
بالنسبة للمواد الصلبة العادية مثل المكعب ، من السهل أيضًا قياس الكتلة ، حيث تضعها على مقياس. يتبع الحجم معادلات رياضية محددة تحتاج فقط إلى حسابها. على سبيل المثال ، في حالة المكعب ، ما عليك سوى ضرب ارتفاعه في طوله وعرضه لإيجاد حجمه. ثم استبدلناها في صيغة الكثافة.
ومع ذلك ، عندما يتعلق الأمر بالمواد الصلبة غير المنتظمة (التي ليس لها شكل هندسي محدد) ، لا توجد صيغ رياضية لحساب حجمها. إذن السؤال الذي يطرح نفسه: كيف تحسب كثافة المواد الصلبة غير النظامية؟
واجه عالم الرياضيات اليوناني أرخميدس هذا السؤال في القرن الثالث قبل الميلاد. ج. تقول القصة أن الملك أمره بمعرفة ما إذا كان تاجه مصنوعًا بالفعل من الذهب. عرف أرخميدس أنه يكفي ببساطة مقارنة كثافة التاج بكثافة الذهب ، حيث أن الكثافة خاصية مكثفة ، أي أنها لا تعتمد على كمية العينة. كثافة مكعب الثلج ، على سبيل المثال ، هي بالضبط نفس كثافة مكعبات
جبل جليد. لكن المشكلة كانت تحديد الحجم ، وبالتالي كثافة التاج ، لأنه لم يكن له شكل منتظم.في أحد الأيام ، عندما دخل حوض الاستحمام للاستحمام ، لاحظ أرخميدس أن منسوب المياه يرتفع. في تلك اللحظة كانت لديه فكرة رائعة وكان متحمسًا جدًا لدرجة أنه ركض عارياً في الشوارع وهو يصرخ بالكلمة الشهيرة:يوريكا!
رسم توضيحي لأرخميدس واكتشافه
وهكذا تم اكتشاف مبدأ أرخميدس، والذي يستخدم لقياس حجم المواد الصلبة غير المنتظمة. يقترح هذا المبدأ ما يلي: نقيس كمية معينة من الماء في دورق ، ثم نضيف المادة الصلبة غير المنتظمة ونلاحظ التغير في الحجم الذي مر به الماء ، وهذا كل شيء: هذا الاختلاف في حجم الماء هو بالضبط حجم المادة الصلبة!
يستخدم مبدأ أرخميدس لقياس حجم المواد الصلبة غير المنتظمة
إذا أصبح الأمر أسهل ، فبدلاً من البحث في قياس الدورق عن التغير في الحجم ، يمكنك استخدام أنبوب تجاوز، والذي يحتوي على جزء يسمح بتدفق الماء خارج الأسطوانة عند إضافة الجسم غير المنتظم. يتم قياس الماء المتبقي بشكل منفصل.
لاحظ في الشكل أعلاه أن أرخميدس قاس حجم عمود ذهب نقي له نفس كتلة التاج وحساب كثافته (19.3 جم / مل أو جم / سم3) وفعل الشيء نفسه مع التاج. لاحظ أن حجم الماء وبالتالي حجم التاج وقطعة الذهب ليسا متماثلين. هذا يعني أنه ، في الواقع ، لم يكن التاج من الذهب الخالص ، بل كان في الواقع سبيكة.
حتى يومنا هذا ، تُستخدم هذه الطريقة لتحديد المواد الثمينة مثل المجوهرات. إذا كانت كثافة الجوهرة المصنوعة من سبيكة معدنية أعلى من 14 جم / مل ، فهذا يدل على أنها كذلك قطعة ذهبية لا يقل وزنها عن 18 قيراطًا ، مصنوعة من حوالي 75٪ ذهب و 13٪ فضة و 12٪ نحاس.
* صورة مع حقوق النشر: نفثالي / موقع Shutterstock.com.
بقلم جينيفر فوغاسا
تخرج في الكيمياء
مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/calculo-densidade-solidos-irregulares.htm