كتلة المادة وكثافتها مهمة جدا في الحسابات التي نجريها في المجال العلمي والاشهر منها الهندسي وهذا يساهم كثيرا في معرفة قيمة المعادن استنادا الى الحيز الذي تشغله والذي يؤثر فيه الوزن بشكل كبير. لا يمكن ان يتم دراسة المادة بدون معرفة الكتلة وكثافتها لان هذا سوف يعطي مؤشرات او معلومات ناقصة عنها. تابعونا في هذه الصفحة لكي نغطي لكم هذا الموضوع بالكامل.
ما هي كتلة المادة ؟
تشترك المواد جميعها في خاصية تسمى الكتلة وهي كمية المادة الموجودة في الجسم. فلو أخذت جسمين مختلفين كالكتاب والقلم، تكون كمية المادة الموجودة في الكتاب أكبر مما هو موجود في القلم، فكتلة الكتاب هي أكبر من كتلة القلم . تبقى كتلة الجسم ثابتة مهما يكن موقع الجسم في الكون، والطريقة الوحيدة لتغيير كتلة الجسم هو تغيير كمية المادة التي يحتويها ذلك الجسم . هذا يعني ان كتلة المادة بالاضافة الى كثافتها تعتمد ايضا على الحجم لو كانت من نوع واحد. كلما زاد الحجم لمادة من نفس الكتلة او مادتين قلت الكثافة. كتلة المادة الى حجمها سوف يؤدي الى حساب كثافتها.
تقاس كتلة الجسم بوحدات الكيلوغرام (kg) والغرام (g) و للكتل الصغيرة تستعمل وحدات المليغرام لقياسها (mg)، وتستخدم أجهزة كثيرة لقياس الكتل منها: الميزان الرقمي، الميزان الحساس، والميزان ذو الكفتين. كما تقاس كتل المواد السائلة ايضا باستعمال الميزان مع مراعاة كتلة الإناء الذي يحويه.
الفكرة الرئيسة: الكتلة والكثافة من خواص المادة ، يمكن قياسهما
نتاجات التعلم:
في نهاية هذا المقال ساكون قادرا على ان :
- قياس كتل مواد مختلفة.
- أقارن بين كثافات مواد مختلفة.
- تقيس كثافة مواد مختلفة.
المفردات:
- الكتلة Mass
- الكثافة Density
سؤال: جسمان متجانسان لهما الحجم نفسه، هل من الضروري أن يكون لهما الكتلة نفسها؟ لماذا؟
بما ان الجسمان متجانسان اذا يفترض ان يكون لهما نفس الكتلة مادام حجمهما واحد فيما لو كانا من نفس المادة. ولكن لو كانت المادة مختلفة فستكون الكتلة لاحدهما اكبر بالتأكبد وهذا يمكن الاعتماد عليه من اي مادة وكثافتها المعروفة.
ما هي كثافة المادة ؟
اذا حملنا في يدنا اليمنى مكعبا من الحديد، وفي يدنا اليسرى ومكعبا من الخشب لهما الحجم نفسه، سنشعر ان مكعب الحديد اثقل من مكعب الخشب، أي أن كتلة الحديد أكبر من كتلة الخشب، وبذلك يمكن أن نقول أن كثافة الحديد أكثر من كثافة الخشب.
كمية المادة الموجودة في مكعب الحديد أكثر من كمية المادة الموجودة في مكعب الخشب
الكثافة تعني كمية المادة الموجودة في حجم معين، والكثافة خاصية فيزيائية من خواص المادة تصف العلاقة بين كتلة الجسم وحجمه. يعتمد مقدار كثافة أية مادة على كتلتها وعلى المسافات البينية بين جزيئاتها، فكلما كانت الجزيئات المكونة للمادة متراصة ومتماسكة اكثر في حيز معين تكون كثافتها أكبر، فجزيئات مادة النحاس مثلا تكون اکثر متراصة من جزيئات الألومنيوم والخشب لهذا السبب تكون كثافتها اعلى ، لذا تكون كثافة النحاس أكبر من كثافة الالمنيوم والخشب. عند معرفتك كثافة المادة يمكنك التوقع فيما اذا كانت المادة تطفو على سطح الماء أو تغطس فيه، فإذا كانت كثافة الجسم اقل من كثافة الماء يطفو الجسم واذا كانت اكبر يغطس . كتلة المادة مختلفة لأن لكل مادة كثافتها المعروفة.
قياس كثافة الأجسام:
- أختار ثلاث مكعبات من مواد مختلفة، متساوية في الحجم، وليكن طول ضلع كل واحد يساوي 5cm.
- أعمل جدول يتضمن: اسم المادة وحجمها وكتلتها ونسبة الكتلة إلى الحجم.
- نقيس كتلة كل مكعب، وأسجلها في الجدول.
- أوجد حجم كل مكعب، وأسجله في الجدول.
- أحسب النسبة بين كتلة كل مكعب إلى حجمه، وسجلها في الجدول.
- أي المكعبات تكون كثافته أكثر وأيهما تكون كثافته أقل؟ فسر اجابتك .
كيف أقيس كثافة المادة؟
كتلة المادة وكثافتها توجد بينهما علاقة طردية حيث كلما زادت الكتلة الخاصة بالمادة زادت كثافتها ايضا. لإيجاد كثافة جسم م (ويقرأ رو) أقيس أولا كتلة الجسم (m) ثم أقيس حجمه (V)، ثم أستخدم العلاقة الآتية:
الكثافة = الكتلة (كيلوغرام) / حجم ( متر مكعب).
وحدات الكثافة
إذا قست كتلة الجسم بوحدة (kg) وقست الحجم بوحدات (متر مكعب) فأن كثافة الجسم تقاس بوحدة (كغم/ م3) .وإذا قست كتلة الجسم بوحدة (g) و قست الحجم بوحدات (سنتمتر مكعب) فان كثافة الجسم تقاس بوحدة ( غم/ سم3). فلو كانت كتلة جسم صلب مثلا (12g) وحجمه (3 سم3) تكون كثافة مادته ( 4 غم/ سم3).
.
سؤال: كرتان لهما الكتلة نفسها ، وحجم احدهما اكبر من حجم الاخرى . أي الكرتين لها كثافة أكبر؟
مثال : جسم صلب على شكل متوازي مستطيلات أبعاده cm (2، 3، 4) وكتلته (120g)، ما حجم الجسم؟ وما كثافة مادته؟
الحل :
حجم متوازي المستطيلات (V) = الطول (x (L العرض (W)× الارتفاع (h)
V = Lx W xh
V= 4x3x2 = 24 cm3
الكتلة (m) = 120 g
الكثافة = الكتلة / الحجم = 120 / 24 = 5 جرام / سنتيمتر مكعب.
قياس كثافة السوائل
تكون كثافة المواد السائلة اقل من كثافة المواد الصلبة، لان جزيئات المادة السائلة متباعدة عن بعضها اكثر من تباعد جزيئات المادة الصلبة، ولايجاد كثافة المادة السائلة نحتاج إلى إيجاد كتلة السائل وحجمه. وتبقى كثافة المواد ثابتة عند ثبات الضغط ودرجة الحرارة. فكثافة الماء مثلا عند درجة حرارة الغرفة تساوي ( 1 غرام / سنتمتر مكعب). وعند تغير الضغط أو درجة الحرارة ستتغير كثافته ، فعندما يتحول الماء إلى جليد عند درجة 0°C تصبح كثافته (0.9168 غرام لكل سنتمتر مكعب) بسبب زيادة حجم الماء عند الانجماد.
اختلاف كثافة السوائل سائل ذو كثافة اقل عند وضع سوائل مختلفة في وعاء واحد بحيث لا تختلط ولا تذوب في بعضها، ستجد أن السوائل ذات الكثافة القليلة ستكون في الأعلى والسوائل ذات الكثافة الأكبر تكون
في الأسفل .
تعد الكثافة خاصية فيزيائية تساعد على تحديد هوية المواد، ولكل مادة كثافة ثابتة، إذ أن مقدار كثافة المادة تبقى ثابتة عند ثبوت كل من درجة الحرارة والضغط ويتغير مقدارها بتغير درجة الحرارة والضغط، وتختلف كثافة
المواد الواحدة عن الأخرى، فعند تفحص الجدول المرفق سوف تتعرف على كثافة مواد عدة شائعة الاستعمال عند درجة حرارة 20°C وضغط جوي واحد (1 atm).
قياس كثافة السائل:
- اقيس كتلة اسطوانة زجاجية مدرجة وهي فارغة بواسطة الميزان الرقمي.
- أضع كمية من السائل في اسطوانة زجاجية مدرجة من اجل معرفة كتلة المادة بالاضافة الى كتافتها.
- اقيس حجم السائل بواسطة الأسطوانة المدرجة لمعرفة .
- اقيس كتلة السائل والاسطوانة | المدرجة معا باستعمال الميزان الرقمي.
- احسب كتلة السائل بطرح القراءتين .
- احسب النسبة بين كتلة السائل وحجمه وهذا سيكون ناتج قسمة كتلة المادة الى حجمها لحساب كثافتها.
- ماذا تمثل النتيجة التي حصلت عليها؟
كثافة بعض المواد الشائعة (غم / سم3) :
- الأوكسجين 0.000166
- الماء 1
- الالمنيوم 2.7
- الحديد 9.7
- الزئبق 13.6
- الفضة 10.5
- الذهب 19.3
- النفط 0.8
يمكن قياس كثافة السوائل بصورة مباشرة باستعمال جهاز المكثاف، وهو جهاز يستخدم لقياس كثافة السوائل، ويتكون المكثاف من زجاج إسطواني ينتهي ببصلة (انتفاخ بصلي) ملئ بالرصاص. كما موضح في الشكل .
اسئلة وامثلة عن كتلة المادة وكثافتها
سؤال: سائلان مختلفان ( ماء ، نفط) تم وضعهما في وعاء واحد، فإذا كان هذان السائلان لا يختلطان ولا يذوبان في بعضها، أي منهما يكون في الطبقة العليا، و أي منهما يكون في الطبقة السفلي، ولماذا ؟
الجواب : كلما كانت كتلة المادة اكبر ادى الى ارتفاع كثافتها بالاضافة الى احتلالها القعر بسبب ترجيح هذه الكثافة على كثافة مادة سائلة اخرى. بما ان كثافة النفط اقل من الماء اذا هذا يعني ان النفط سيكون في الاعلى بينما الماء سوف يكون بالاسفل. هذا يعني ان كتلة مادة الماء اكبر بالتأكيد فيكون كثافتها اعلى من النفط فيصعد النفط الى الاعلى بينما الماء سوف يكون في الاسفل ولن يختلطان ابدا.
مثال : قطعة ذهبية صلدة غير معروف نقاوتها حجمها 110 سنتمتر مكعب وكتلتها 1800 g ، علما ان كثافة الذهب النقي ( 19.3)، هل هذه القطعة من الذهب الخالص؟
الحل:
الكثافة (p)= الكتلة (m) / الحجم (V) = 1800 g / 110cm3 = 16.36 غرام / سم3
من الناتج نجد ان القطعة ليست من الذهب الخالص، لأن كثافتها أقل من كثافة الذهب الخالص التي تساوي( غرام / سم3 19.3).
سؤال: رتب المواد الآتية من المواد الاقل كثافة إلى الأعلى كثافة: النفط، الحديد، الماء.
الجواب : يتم اعتماد كتلة المادة وكثافتها والتي تكون أعلى . كتلة مادة النفط السائلة هي الأقل كثافة وكذلك الماء يكون بالمرتبة الثانية حيث يعتبر الماء مادة كثافتها هي 1 بينما النقط 0.8. الحديد مادة كتلتها اعلى لان كثافتها اعلى من كل من النفط بالإضافة إلى الماء. لا يمك فصل كتلة المادة او حجمها بدون ان يتم حساب كثافتها. لان كثافة المادة استنادا الى الكتلة سوف يجعلها تعطي مؤشر الى كونها نقية او تحتوي على شوائب . الذهب بالاضافة الى الفضة يتم معرفة نقاوتهما استنادا الى كل مادة وكثافتها بعد حساب الكتلة.
إضافة تعليق
يجب عليك تسجيل الدخول او التسجيل لتستطيع اضافه تعليق .