كيف يمكن استخدام دراسة الكثافة في العالم الحقيقي؟

الكثافة هي خاصية مادية مستخدمة على نطاق واسع للمادة والتي يتم تعريفها تقنيًا على أنها كتلة مقسومة على الحجم. وسادة الريش أقل كثافة من لبنة من نفس الحجم لأن الحجم متماثل لكن كتلة الوسادة أقل بكثير من كتلة الطوب. ربما تكون قد واجهت بالفعل أحد التطبيقات العملية المهمة للكثافة ، وربما حتى بدون علم.

أحد تطبيقات الكثافة المعروفة هو تحديد ما إذا كان الجسم سوف يطفو على الماء أم لا. إذا كانت كثافة الجسم أقل من كثافة الماء ، فسوف يطفو ؛ إذا كانت كثافته أقل من كثافة الماء ، فسوف يغرق. يمكن للسفن أن تطفو لأن لديها خزانات صابورة تحمل الهواء ؛ توفر هذه الخزانات كميات كبيرة من الكتلة الصغيرة ، مما يقلل من كثافة السفينة. إلى جانب قوة الطفو التي يمارسها الماء على السفينة ، فإن هذه الكثافة المنخفضة تمكن السفينة من الطفو. في الواقع ، تغوص الغواصات تحت سطح الماء عن طريق إفراغ خزانات الصابورة الخاصة بها.

مثل السفن ، يطفو النفط لأنه أقل كثافة من الماء ، ولكن على عكس السفن ، لا يتطلب النفط هندسة خاصة. الزيت أقل كثافة بشكل طبيعي من الماء ، وهذا هو السبب في أنه حتى تتبيلة سلطة الزيت والخل تنفصل ، مع الزيت يطفو على الخل المعتمد على الماء. على الرغم من أن الانسكابات النفطية تضر بالبيئة ، إلا أن قدرة الزيت على التعويم تساعد في التنظيف.

يعد تدفق السوائل عبر أنبوب تطبيقًا مهمًا في العالم الحقيقي للكثافة تحكمه علاقة تُعرف باسم معادلة برنولي. معادلة برنولي هي استخدام خاص لمفهوم الحفاظ على الطاقة ، والنتيجة هي أن كثافة السائل تؤثر على سرعة السائل وضغطه وحتى ارتفاعه. مع تساوي كل شيء آخر ، يتدفق السائل ذو الكثافة الأكبر عبر أنبوب بضغط أو سرعة أو ارتفاع أقل على التوالي. يعتمد المهندسون على معادلة برنولي عند تصميم السدود ومشاريع السباكة الكبيرة.

تفسر معادلة برنولي أيضًا قدرة الطائرة على الطيران ، على الرغم من أن هذه الظاهرة تعتمد أساسًا على الضغط والسرعة ، وليس الكثافة. ومع ذلك ، تلعب الكثافة دورًا إضافيًا في الرحلة. يتغير توزيع الوزن على متن الطائرة مع استهلاك المحركات للوقود ، وبالتالي فإن كثافة الطائرة ليست موحدة. ينتج عن فقدان الكتلة هذا تحول مركز الكتلة ، ويجب على الطيارين إجراء تعديلات أثناء الرحلة لحساب هذه التغييرات.