درس الكثافة: مفهومها وقياسها – العلوم الفيزيائية – السنة الخامسة إبتدائي – المنهاج الجزائري

الكثافة: مفهومها وقياسها

الكثافة خاصية فيزيائية مهمة تميز المواد عن بعضها. لماذا تطفو قطعة الخشب على الماء بينما تغرق قطعة الحديد؟ الإجابة في هذا الدرس عن الكثافة.

ما هي الكثافة؟

الكثافة هي مقدار الكتلة الموجودة في وحدة الحجم من المادة. بمعنى آخر، هي مدى ازدحام المادة في الفراغ. كلما كانت جزيئات المادة متراصة أكثر، كانت كثافتها أكبر. وحدة قياس الكثافة هي (كغ/م³) في النظام العالمي، أو (غ/سم³) في الاستخدام اليومي. قانون الكثافة: الكثافة = الكتلة ÷ الحجم. فإذا كانت كتلة جسم 100 غرام وحجمه 50 سم³، فإن كثافته = 100 ÷ 50 = 2 غ/سم³.

كثافة المواد المختلفة

المواد المختلفة لها كثافات مختلفة: الذهب كثافته 19.3 غ/سم³ (من أعلى الكثافات)، الحديد 7.8 غ/سم³، الألومنيوم 2.7 غ/سم³، الماء 1 غ/سم³ (عند 4 درجات مئوية)، الزيت 0.9 غ/سم³، الخشب 0.4-0.8 غ/سم³ (حسب النوع)، الهواء 0.0012 غ/سم³. كلما ارتفعت كثافة المادة، كان الجسم أثقل لنفس الحجم. لهذا السبب سبيكة الذهب الصغيرة أثقل من قطعة خشب كبيرة.

الطفو والكثافة

مبدأ الطفو: الجسم يطفو إذا كانت كثافته أقل من كثافة السائل، ويغوص إذا كانت كثافته أكبر. الخشب يطفو على الماء لأن كثافته (0.6) أقل من كثافة الماء (1). الحديد يغوص لأن كثافته (7.8) أكبر من كثافة الماء. السفينة الضخمة المصنوعة من الحديد تطفو لأنها مصممة بحجم كبير جداً (جوفاء) مما يجعل كثافتها الكلية أقل من كثافة الماء. الغواصة تتحكم في كثافتها بدخول الماء إلى خزانات الصابورة لتغوص، وطرد الماء لتطفو.

قياس الكثافة في المختبر

لقياس كثافة جسم صلب: نوزن الجسم بميزان حساس (الكتلة)، ثم نغمره في مخبار مدرج به ماء ونقرأ الزيادة في حجم الماء (الحجم)، ثم نقسم الكتلة على الحجم. لقياس كثافة سائل: نوزن كتلة معروفة الحجم من السائل باستخدام مخبار مدرج وميزان، ثم نقسم الكتلة على الحجم. مقياس الكثافة (الهيدرومتر) جهاز زجاجي يطفو في السائل، ويدرج عليه قيم الكثافة مباشرة. كلما زادت كثافة السائل، ارتفع الهيدرومتر أكثر.

تطبيقات الكثافة في الحياة

الكثافة لها تطبيقات مهمة: في صناعة البالونات (بالون الهيليوم يطفو لأن الهيليوم أقل كثافة من الهواء)، في تصميم السفن والغواصات، في التمييز بين المعادن الثمينة والمزيفة (الذهب الحقيقي له كثافة محددة)، في صناعة البطاريات (قياس كثافة المحلول الكهربائي يعرفنا بحالة شحن البطارية)، في الزراعة (فصل الحبوب عن القش)، وفي الطب (قياس كثافة العظام لتشخيص هشاشة العظام).

للمزيد من الدروس المفيدة، راجع درس القوى في الفيزياء ودرس دورة الماء في الطبيعة.