أمثلة على كيفية عمل الكثافة

في الاستخدام اليومي ، تشير كلمة "كثافة" عادةً إلى حالة الكثافة ، كما هو الحال في "حركة المرور كثيف ، "أو" هذا الشخص كثيف جدًا بحيث لا يستطيع فهمك ". تعريف الكثافة (D) في العلم هو أكثر من ذلك بكثير محدد. إنها كمية الكتلة (م) التي تشغل حجمًا معينًا (ت). رياضيا ، D = m / v. تنطبق الكثافة على المادة في الحالة الصلبة والسائلة والغازية ، وليس من المستغرب هنا أن تكون المواد الصلبة أكثر كثافة من السوائل (عادةً) ، والسوائل أكثر كثافة من الغازات.

على المستوى المجهري ، تعتبر الكثافة مقياسًا لمدى تماسك الذرات التي تتكون منها مادة معينة. إذا كان جسمان يشغلان نفس الحجم ، فإن الجسم الأكثر كثافة يكون أثقل لأن المزيد من الذرات يتم تجميعها معًا في نفس المساحة. تتأثر الكثافة بدرجة الحرارة ، وتتأثر أيضًا بالضغط المحيط ، على الرغم من أن هذه التبعيات تكون أكثر وضوحًا في الحالة الغازية. الاختلافات في الكثافة هي التي تقود العالم. لن تكون الحياة كما هي بدونهم.

كثافة الماء 1 كيلوجرام لكل متر مكعب. إذا كان هذا يبدو وكأنه مصادفة ، فهو ليس كذلك. تعتمد الوحدات المترية للكتلة على كثافة الماء. معظم الزيوت أقل كثافة من الماء ، ولهذا السبب تطفو. عندما تخلط سائلين أو غازين ، يقع السائل الأكثر كثافة في قاع الحاوية ، طالما أنه لا يذوب ويشكل محلولًا. السبب في ذلك بسيط. تمارس الجاذبية قوة أقوى على مادة كثيفة. حقيقة أن الزيت لا يذوب في الماء وأنه يطفو يجعل عمليات التنظيف ممكنة بعد تسرب زيت كبير. عادة ما يستعيد العمال الزيت عن طريق كشطه عن سطح الماء.

انفخ منطادًا بهواء من رئتيك ، وسيجلس البالون سعيدًا على طاولة أو كرسي حتى يقذفه أحدهم في الهواء. حتى مع ذلك ، قد تطفو على التيارات الهوائية لفترة من الوقت ، لكنها ستسقط في النهاية على الأرض. املأه بنفس حجم الهيليوم ، وعليك ربط خيط عليه لمنعه من الطفو بعيدًا. هذا لأنه بالمقارنة مع جزيئات الأكسجين والنيتروجين في الهواء ، فإن جزيئات الهيليوم خفيفة جدًا. في الواقع ، الهيليوم أقل كثافة من الهواء بحوالي 10 مرات. سوف يطفو البالون بعيدًا بشكل أسرع إذا ملأته بالهيدروجين ، وهو أشبه بكثافة 100 مرة أقل من الهواء ، لكن غاز الهيدروجين قابل للاشتعال بدرجة كبيرة. لهذا السبب لا يستخدمونها لملء البالونات في الكرنفالات.

أضف الحرارة إلى الهواء وستطير الجزيئات حولها بمزيد من الطاقة ، مما يوفر مساحة أكبر بينها. بمعنى آخر ، يصبح الهواء أقل كثافة ، لذلك يميل إلى الارتفاع. ومع ذلك ، فإن درجة الحرارة في طبقة التروبوسفير تصبح أكثر برودة مع الارتفاع ، لذلك هناك المزيد من الهواء البارد في الارتفاعات العالية ، ويميل إلى الانخفاض. تخلق الحركة المستمرة للهواء البارد المتساقط وارتفاع الهواء الدافئ تيارات هوائية ورياحًا تدفع الطقس على الكوكب.

تؤدي التغيرات في درجات الحرارة في المحيطات أيضًا إلى اختلافات في الكثافة تدفع التيارات ، لكن الاختلافات في الملوحة لا تقل أهمية. مياه البحر ليست مالحة بشكل موحد ، وكلما زاد الملح ، زادت كثافته. تخلق الاختلافات في درجة الحرارة والملوحة اختلافات في الكثافة تدفع التيارات المحلية مثل وكذلك الأنهار العميقة تحت الماء التي تخلق موائل للكائنات البحرية وتؤثر على العالم مناخ.

يعتمد باحثو المختبر على اختلافات الكثافة لفصل المواد في الحالة السائلة أو الصلبة. يفعلون ذلك باستخدام جهاز طرد مركزي ، وهو جهاز يدور خليطًا بسرعة كبيرة بحيث تخلق قوة أكبر بعدة مرات من قوة الجاذبية. في جهاز الطرد المركزي ، تتعرض المكونات الأكثر كثافة للخليط لأكبر قوة وتهاجر إلى خارج الوعاء ، حيث يمكن استرجاعها.

يمكن أيضًا استخدام الكثافة لتحديد المواد المصنوعة من مركبات غير معروفة. يتمثل الإجراء في وزن المواد وقياس الحجم الذي تشغله ، باستخدام إزاحة الماء أو طريقة أخرى. يمكنك بعد ذلك العثور على كثافة المادة ، باستخدام المعادلة D = m / v ، ومقارنتها بالكثافات المعروفة للمركبات الشائعة المدرجة في الجداول المرجعية.