الكثافة

ما هي الكثافة؟

تبيّن الكثافة كتلة مادة ما لكل وحدة حجم، ويُرمز لها بالحرف ρ (رو). والصيغة هي: ρ = ك / ح، حيث ك الكتلة وح الحجم.

الكثافة كمية مشتقة؛ تنتج من قسمة الكتلة على الحجم، ويُعبَّر عن بعدها في النظام الدولي بـ ML⁻³ (كتلة على طول تكعيب). وتحمل العينات المختلفة الحجم من المادة نفسها الكثافة نفسها دائمًا -- فالكثافة خاصية للمادة نفسها ولا تعتمد على كميتها.

لماذا تُعتبر كثافة الماء مرجعًا؟

تساوي كثافة الماء عند 4 درجات مئوية (درجة حرارة أقصى كثافة له) 1000 كغ/م³ بالضبط، أي 1 غ/سم³. ويعود ذلك إلى أن وحدتي الغرام والسنتيمتر المكعب عُرِّفتا تاريخيًا استنادًا إلى كثافة الماء.

تقوم هذه القيمة المرجعية على مفهوم "الكثافة النسبية" (الوزن النوعي) -- نسبة كثافة مادة ما إلى كثافة الماء. فالجليد، بكثافة نسبية 0.92، أقل كثافة من الماء ولذلك يطفو على سطحه.

التكافؤ بين وحدات الكثافة

توجد علاقة عملية بين كيلوغرام/متر مكعب (كغ/م³) وغرام/سنتيمتر مكعب (غ/سم³) وكيلوغرام/لتر (كغ/ل): يساوي 1 غ/سم³ بالضبط 1 كغ/ل و1000 كغ/م³. ويعود ذلك إلى أن وحدتي الكتلة والحجم تتغيران بالنسبة نفسها (بعامل 1000).

يسهّل هذا التكافؤ التعبير عن القيمة العددية نفسها بوحدات مختلفة في القياسات المخبرية (غالبًا غ/سم³ أو غ/مل) والحسابات الصناعية أو الهندسية (غالبًا كغ/م³).

العلاقة بين الكثافة والكتلة والحجم

يمكن استخدام صيغة الكثافة (ρ = ك/ح) في الاتجاهات الثلاثة: من الكتلة والحجم تُحسب الكثافة، ومن الكثافة والحجم تُحسب الكتلة، ومن الكثافة والكتلة يُحسب الحجم. وهذا أساس حساب وزن المواد (وزن قطعة من حجمها).

فقطعة حجمها 2 متر مكعب وكثافتها 7850 كغ/م³ (كثافة الفولاذ النموذجية) لها مثلًا كتلة مقدارها 2 × 7850 = 15700 كغ.

وحدات الكثافة في النظام الإمبراطوري الأمريكي

في الممارسة الهندسية البريطانية الأمريكية تُستخدم وحدات مثل رطل لكل قدم مكعبة (lb/ft³) ورطل لكل بوصة مكعبة (lb/in³). ويساوي 1 lb/ft³ نحو 16.02 كغ/م³.

من الوحدات الأقل شهرة سلَغ لكل قدم مكعبة (slug/ft³)، القائمة على وحدة الكتلة "سلَغ" المستخدمة في النظام البريطاني -- وهي وحدة كتلة خاصة نادرة الاستخدام يوميًا، تُشتق من علاقة رطل-القوة والتسارع (F=ma).

لماذا تتغير كثافة السوائل والغازات؟

بينما تُعتبر كثافة المواد الصلبة عادة ثابتة، تتغير كثافة السوائل وخصوصًا الغازات بشكل ملحوظ تبعًا لدرجة الحرارة والضغط. فالهواء عند مستوى سطح البحر له كثافة نحو 1.225 كغ/م³؛ ومع ازدياد الارتفاع ينخفض الضغط وبالتالي الكثافة.

هذا التغير هو سبب استخدام مفهوم "ارتفاع الكثافة" في الطيران، ومراعاة كثافة مياه البحر (المعتمدة على الملوحة ودرجة الحرارة) في حساب خط غاطس السفن في الملاحة البحرية.

كيف تُقاس الكثافة؟

لقياس كثافة جسم صلب، تُقاس كتلته بميزان ويُقاس حجمه إما هندسيًا بشكل مباشر أو بغمره في الماء وقياس كمية الماء المُزاحة (مبدأ أرخميدس).

أما كثافة السوائل فتُقاس عادة مباشرة بمقياس الكثافة (الهيدرومتر)؛ وهو جهاز يغوص في السائل بعمق مختلف حسب الكثافة، ويعرض القيمة مباشرة.

البدء الأسرع

إذا كنت تبحث عن تحويل مباشر، ابدأ من قائمة التحويلات الشائعة في أعلى الصفحة. وإذا كنت تريد توسيع التصفح خارج هذه الفئة، فانتقل إلى بوابة كل التحويلات أو راجع معجم الوحدات في هذه الصفحة.