قياسات: الكثافة

هذان المكعبان مصنوعان من معدنين مختلفين. أحدهما هو الألومنيوم والآخر هو النحاس. كلاهما بنفس الحجم. هل تظن أن لهما نفس الوزن أيضا؟ لنتأكد! النحاس أثقل من الألومنيوم! يتكون كل من النحاس والألومنيوم من ذرات مختلفة، لها أحجام مختلفة، وكتلة مختلفة، وتنتظم بطرق مختلفة. لذرات النحاس كتلة ذرية أكبر، لذا فهي أثقل من ذرات الألومنيوم. في نفس الوقت، إنها أصغر، لذا يشغل عددٌ أكبرُ منها نفسَ الحيز. إن أخذنا قطعة نحاس وقطعة ألومنيوم لهما نفس الوزن، فستكون قطعة الألومنيوم أكبر. هناك علاقة بين وزن الأشياء والمواد المختلفة وحيز المساحة التي تشغله. إنها تصف كمية الكتلة التي تملأ قياسا محددا من الحجم. إنها تسمى الكثافة. لمعرفة كثافة المادة، علينا معرفة كتلتها وحجمها. لنأخذ نردا. يمكننا قياس كتلته باستخدام ميزان. للتعبير عن قيم القياسات في الفيزياء، نستخدم النظام الدولي للوحدات - المسمى SI. وحدة SI للكتلة هي الكيلوجرام. يمكننا قياس الحجم بعدة طرق. لبعض الأشياء مثل النرد، يمكننا حساب الحجم بسهولة من شكلها. حجم النرد يساوي طولَه مضروب في عرضه وارتفاعه. يمكن أيضا قياس الحجم من خلال غمر الشيء في سائل كالماء. عندما نسقط الشيء في الماء، يرتفع المنسوب. الكمية المرتفعة في المياه تساوي حجم الشيء. هذه الطريقة تَستخدم إزاحة السائل لقياس حجم شيء صلب. وحدة SI للحجم في المتر المكعب. إذا فوحدة SI للكثافة هي كيلوجرام لكل متر مكعب. وحدة أخرى شائعة للتعبير عن الكثافة هي جرام لكل سنتيمتر مكعب. جرام واحد لكل سنتيمتر مكعب يساوي ألف كيلوجرام للمتر المكعب. ماذا برأيك هو الشيء المشترك بين هذا الجسر الفولاذي وهذا البرغي الفولاذي؟ إنهما مصنوعان من نفس المادة، لذا للجسر نفس كثافة البارغي المستخدمة لبناءه! في نفس الظروف، تظل لكثافة نفسها لنفس المادة، مهما كان الحجم. الكثافة خاصية مميِّزة للمادة. لكن، يمكن أن تتغير الكثافة، إن تغيرت الظروف كالحرارة أو الضغط. إذا زاد الضغط، تنضغط الجزيئات معا، فتشغل حيزا أقل، لكن كتلتها لا تتغير، إذا تزيد الكثافة. إذا زادت الحرارة، تتحرك الجزيئات أسرع وأبعد عن بعضها. يزيد الحجم لكن تبقى الكتلة كما هي. تنخفض الكثافة. هكذا تطير بالونات الهواء الساخن! في السوائل أو الغازات، تطفو المواد الأقل كثافة، وتغطس المواد الأعلى كثافة. إذا سخنَّا الهواء داخل طوق البالون، تصبح كثافته أقل من الهواء المحيط به. يطفو الهواء الساخن للأعلى ويرفع البالون، بسبب الفرق في الكثافة!ّ