كثافةفي الفيزياء هو مقياس لمقدار شيء موجود داخل مساحة مادية معينة (حجم). في معظم الأحيان ، يُنظر إلى "الكثافة" على أنها تعني "كثافة الكتلة" ، ولكن كمفهوم فإنها تصف ببساطة مدى ازدحام شيء ما.
الكثافة السكانية في هونغ كونغ ، على سبيل المثال ، عالية للغاية ، بينما كثافة سيبيريا منخفضة للغاية. لكن في كل حالة ، "الناس" هو موضوع التحليل.
للمواد التي تتكون من عنصر واحد بكمية معينة (على سبيل المثال ، جرام من الذهب الخالص أو الفضة) أو مزيج متجانس من العناصر (مثل لتر من الماء المقطر ، والذي يتضمن الهيدروجين والأكسجين بنسبة معروفة وثابتة) ، يمكن افتراض أنه لا توجد اختلافات ذات مغزى في الكثافة داخل عينة.
هذا يعني أنه إذا كانت كثافة جسم متجانس تزن 60 كجم أمامك تبلغ 12 كجم / لتر ، فيجب أن يكون لأي جزء صغير محدد من الجسم هذه القيمة بالنسبة لكثافته.
تعريف الكثافة
يتم تعيين الكثافة بالحرف اليوناني rho (ρ) وهي ببساطة كتلةممقسومًا على الحجمالخامس. وحدات SI هي كجم / م3، ولكن g / mL أو g / cc (1 مل = 1 سم مكعب) هي وحدات أكثر شيوعًا في إعدادات المختبر. تم اختيار هذه الوحدات في الواقع لتحديد كثافة الماء على أنها 1.0 في درجة حرارة الغرفة.
- كثافة المواد اليومية:الذهب ، كما قد تتوقع ، له كثافة عالية جدًا (19.3 جم / سم مكعب). يتحقق كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) عند 2.16 جم / سم مكعب.
أمثلة متوسط الكثافة
اعتمادًا على نوع المادة أو المواد الموجودة ، هناك عدد من الطرق للتعامل مع مشكلة خليط الكثافة.
أبسطها عندما يتم إعطاؤك مجموعة من N كائنات ويطلب منك تحديد متوسط كثافة الكائنات في المجموعة. قد ينشأ هذا النوع من الأمثلة في المواقف التي تكون فيها العناصر في المجموعة من نفس "النوع" الأساسي (على سبيل المثال ، الأشخاص في إنجلترا ، والأشجار في غابة في مونتانا ، كتب في مكتبة مدينة في ولاية تينيسي) ولكن يمكن أن تكون كبيرة جدًا في الخاصية المعنية (على سبيل المثال ، الوزن ، العمر ، عدد صفحات).
مثال:يتم منحك ثلاث كتل ذات تكوين غير معروف ، والتي تحتوي على الكتل والأحجام التالية:
- صخرة أ: 2250 جم ، 0.75 لتر
- صخرة ب: 900 جم ، 0.50 لتر
- صخرة ج: 1850 جم ، 0.50 لتر
أ) احسب متوسط كثافة الصخور في المجموعة.
يتم ذلك عن طريق معرفة الكثافات الفردية لكل صخرة ، وجمعها معًا والقسمة على العدد الإجمالي للصخور في المجموعة:
\ frac {(2،250 / 0.75) + (900 / 0.50) + (1،650 / 0.60)} {3} = \ frac {(3،000 + 1،800 + 3،700)} {3} = 2833 \ text {g / L}
ب) احسب متوسط كثافة مجموعة الصخور ككل.
في هذه الحالة ، تقسم الكتلة الكلية على الحجم الإجمالي:
\ frac {(2،250 + 900 + 1،850)} {(0.75 +0.50 + 0.50)} = \ frac {5،000} {1.75} = 2857 \ frac {g / cc}
تختلف الأرقام لأن الصخور لا تساهم بطرق متساوية في هذه الحسابات.
صيغة متوسط الكثافة: خليط من المواد
مثال:يتم إعطاؤك قطعة 5 لتر (5000 سم مكعب أو مل) من مادة من كوكب آخر وتم إخبارك أنها تتكون من ثلاث قطع مدمجة من العناصر التالية بالنسب المدرجة حسب الحجم:
- سميك (ρ = 15 جم / مل): 15٪
- ماء (ρ = 1 جم / مل): 60٪
- الثينيوم (ρ = 0.5 جم / مل): 25٪
ما هي كثافة القطعة ككل؟
هنا ، تقوم أولاً بتحويل النسب المئوية إلى أعداد عشرية ، وتضربها في الكثافات الفردية للحصول على متوسط كثافة الخليط:
(0.15) (15) + (0.60) (1.0) + (0.25) (0.50) = 2.975 \ نص {g / cc}