ما هي قياسات الكثافة، بعبارات واضحة
الكثافة هي مقدار الكتلة الموجودة في مساحة معينة - الكتلة مقسومة على الحجم. ولهذا السبب من السهل رفع صندوق الأحذية المليء بالريش بينما نفس صندوق الأحذية المملوء بالرصاص بالكاد يتزحزح: نفس الحجم، وكتلة مختلفة تمامًا، وكثافة مختلفة تمامًا.
تربط هذه العلاقة الفردية - ρ = m ÷ V - بين ثلاث كميات بشكل وثيق لدرجة أن معرفة أي اثنين منها يتيح لك دائمًا إيجاد الكمية الثالثة. تتعامل هذه الآلة الحاسبة مع الاتجاهات الثلاثة، بالإضافة إلى التحويل المباشر للوحدات عندما تأتي أرقامك في أنظمة مختلفة.
تم إعادة ترتيب صيغة الكثافة بثلاث طرق
أوجد الكثافة
ρ = m ÷ V
5 كجم في حاوية سعة 0.002 م3: 5 ÷ 0.002 = 2500 كجم/م3.
ابحث عن الكتلة
m = ρ × V
2500 كجم/م3 ملء 0.002 م3: 2500 × 0.002 = 5 كجم.
البحث عن الحجم
V = m ÷ ρ
5 كجم عند 2500 كجم/م3: 5 ÷ 2500 = 0.002 م3.
تصف الأمثلة الثلاثة نفس كتلة المادة، وهي نقطة المثلث. بمجرد معرفة أي زاويتين، يتم إصلاح الزاوية الثالثة.
كيف تقارن نتيجتك بالمواد اليومية
A raw number like "2,700 kg/m³" means more once you can place it next to something familiar. Every result on this calculator gets charted against the same five reference points:
| مادة | الكثافة (كجم/م3) |
|---|---|
| الهواء (مستوى سطح البحر) | 1.225 |
| ماء | 1,000 |
| الألومنيوم | 2,700 |
| حديد | 7,870 |
| ذهب | 19,300 |
هذه أيضًا هي الطريقة الكلاسيكية التي يتم بها استخدام الكثافة لتحديد مادة غير معروفة، مثل قياس كتلة وحجم العينة، وتحديد كثافتها، ومقارنة النتيجة مع القيم المرجعية المعروفة مثل هذه.
التحويل بين وحدات الكثافة
تظهر الكثافة في أي نظام وحدة تستخدمه المادة المصدر - أوراق العلوم المترية بالكيلوجرام/م3 أو جم/سم3، والمواصفات الهندسية الأمريكية بالرطل/قدم3 أو رطل/بوصة3. يتم تقليل جميع التحويلات إلى قاعدة مشتركة:
| وحدة | يساوي (كجم/م³) |
|---|---|
| 1 g/cm³ | 1,000 |
| 1 g/L | 1 |
| 1 lb/ft³ | 16.018 |
| 1 lb/in³ | 27,679.9 |
يستحق التذكر كاختصار: 1 جم/سم3 يساوي بالضبط 1000 كجم/م3، وهي أيضًا كثافة الماء - لذا فإن كثافة الماء هي 1 جم/سم3، وهو معيار مناسب للحكم على ما إذا كان شيء ما سوف يطفو.
حيث يتم استخدام الكثافة فعليًا
- الطفو والغرق: يطفو الجسم في السائل عندما تكون كثافته الإجمالية أقل من كثافة السائل - وهو المبدأ الكامن وراء هياكل السفن وسترات النجاة وبالونات الهواء الساخن.
- تحديد المادة: تعد مقارنة كثافة العينة المقاسة مع القيم المرجعية المعروفة، كما هو موضح في الجدول أعلاه، طريقة سريعة للتمييز بين المعادن أو المعادن.
- الشحن والشحن: غالبًا ما تتقاضى شركات النقل رسومًا حسب الوزن الأبعاد، وهو في الواقع حساب للكثافة - يمكن أن تكلف الطرود الضخمة ومنخفضة الكثافة شحنًا أكبر مما يوحي به وزنها الفعلي.
- الكيمياء وعلوم المواد: تؤثر الكثافة في كل شيء بدءًا من حسابات التركيز وحتى ما إذا كانت المادة ستبقى معلقة في الخليط.
إذا كنت تعمل على الجانب الكتلي من هذه الصيغة بمفردها - على سبيل المثال، تحويل وزن الشحنة بين الوحدات - فإن حاسبة الكتلة و حاسبة الوزن التعامل مع ذلك مباشرة، و حاسبة الحجم يمكنك حساب حجم الأشكال الشائعة إذا لم تكن قد قمت بقياسها بالفعل.
الكثافة ليست ثابتة، فدرجة الحرارة تغيرها
تقريبًا كل مادة تتمدد قليلاً عند تسخينها وتنكمش عندما تبرد، مما يعني أن كثافتها تنخفض عندما تكون دافئة وترتفع عندما تكون باردة - نفس الكتلة الآن تملأ حجمًا مختلفًا قليلاً. يجب أن تشير قياسات المختبر وأوراق بيانات المواد دائمًا إلى درجة الحرارة التي تم أخذها فيها، نظرًا لأن الكثافة المذكورة بدون كثافة هي مجرد تقريبية.
يكسر الماء النمط المعتاد بطريقة مشهورة: فهو في الواقع يكون أكثر كثافة عند حوالي 4 درجات مئوية، وليس عند نقطة التجمد. قم بتبريده أكثر وسيبدأ في التوسع مرة أخرى، ولهذا السبب يكون الجليد أقل كثافة من الماء السائل ويطفو بدلاً من أن يغرق - وهي خاصية غريبة في الرابطة الهيدروجينية التي تمنع البحيرات من تجمد المادة الصلبة من الأسفل إلى الأعلى.
المصادر ومزيد من القراءة
الكثافات المرجعية هي قيم تقريبية في ظروف الغرفة النموذجية وستختلف باختلاف النقاء ودرجة الحرارة والضغط.