كثافة

تعد الكثافة خاصية مهمة للمواد، وهي حاسمة في تحديد ما إذا كان الجسم يغوص أو يطفو في السائل. وحدة النظام الدولي للوحدات هي كجم/م³، ووحدة cgs هي جم/سم³. تساعد كثافة الجسم في تحديد تركيبه، وتكشف أيضًا عن معلومات حول مرحلة المادة وبنيتها التحتية. إن كثافات السوائل والمواد الصلبة قابلة للمقارنة تقريبًا، وهو ما يتوافق مع حقيقة أن ذراتها على اتصال وثيق. ومع ذلك، فإن الغازات لها كثافة أقل بكثير من السوائل والمواد الصلبة لأن ذراتها مفصولة بكميات كبيرة من المساحة الفارغة.

ليس من الضروري أن تكون كثافة المادة ثابتة في جميع أنحاء حجمها. إذا كانت الكثافة ثابتة في المادة بأكملها، يقال إنها مادة متجانسة. مثال على المادة المتجانسة هو قضيب الحديد الصلب، الذي تكون كثافته ثابتة طوال الوقت، وبالتالي فإن كثافة أي عينة من قضيب الحديد هي نفس متوسط كثافته. إذا كانت كثافة المادة غير ثابتة، يقال إنها مادة غير متجانسة. قطعة من الجبن السويسري هي مثال على مادة غير متجانسة، تحتوي على كل من الجبن الصلب والفراغات المملوءة بالغاز. تسمى الكثافة في موقع محدد داخل مادة غير متجانسة بالكثافة المحلية وتعطى كدالة للموقع. وبما أن الغازات حرة في التمدد والتقلص، فإن كثافاتها تختلف بشكل كبير مع درجة الحرارة، في حين أن كثافات السوائل تختلف قليلا مع درجة الحرارة. لذلك، غالبًا ما يتم التعامل مع كثافات السوائل على أنها ثابتة، حيث تساوي الكثافة متوسط الكثافة.

الكثافة هي خاصية الأبعاد؛ ولذلك، عند مقارنة كثافات مادتين، يجب أن تؤخذ الوحدات بعين الاعتبار. لهذا السبب، غالبًا ما يتم استخدام كمية أكثر ملاءمة وبدون أبعاد تسمى الجاذبية النوعية لمقارنة الكثافات. يتم تعريف الثقل النوعي على أنه نسبة كثافة المادة إلى كثافة الماء عند درجة حرارة 4.0 درجة مئوية وضغط جوي واحد، وهو 1000 كجم/م³. تستخدم المقارنة الماء لأن كثافة الماء هي 1 جم/سم³، والتي كانت تستخدم في الأصل لتحديد الكيلوجرام. الجاذبية النوعية، كونها بلا أبعاد، توفر مقارنة جاهزة بين المواد دون الحاجة إلى القلق بشأن وحدة الكثافة.

هذا النص مقتبس من أوبنستاكس، الفيزياء الجامعية المجلد الأول، القسم 14.1: الموائع والكثافة والضغط.