قانون الكثافة

الكثافة هي صفة فيزيائيّة للمادة، وتسمّى أيضاً بالكتلة الحجميّة، وتعبّر عن كتلة وحدة الحجم لمادة ما، وينص قانونها على أنّها الكميّة الناتجة عن قسمة الكتلة الكليّة لجسم ما على حجمه، ووحدتها عبارة عن وحدة الكتلة مقسومة على وحدة حجم، ومن أشهر وحداتها الغرام/ السنتيمتر مكعب (غم/سم3)، كما ويمكن التعبير عنها بوحدة كيلو غرام/متر مكعب (كغم/م3). ويعبّر عنها رياضيّاً ب:

ρ = m/V.

حيث إنّ: ρ : رمز يعبر عن الكثافة. m: الكتلة وتقاس بوحدة الغرام (غم). V: الحجم ويقاس بسنتيمتر مكعب(سم 3).

بما أنّ الكثافة تعتمد على خاصيتين وهما الكتلة والحجم، فإنها تتأثر بتأثرهما، وكون الكتلة ثابتة فهي لا تحدث تغييراً على المادة، ولكن العامل المتغير هو الحجم، فهو يتأثر بالعوامل الخارجيّة المؤثرة على المادة، ويمكن الاستنتاج من قانون الكثافة العلاقة العكسيّة التي تربط الحجم في الكثافة، فكلّما زاد الحجم قلت الكثافة. والعوامل التي تؤثر على الكثافة هي:

• الحرارة: عند تعريض جسم ما للحرارة فإن جزيئاته تمتلك طاقة أعلى وتبتعد عن بعضها البعض، ممّا يتسبب في زيادة حجمه، ممّا يعني نقصان كثافة الجسم، إذن فالعلاقة بين الحرارة والحجم طرديّة، أما العلاقة بين الحرارة والكثافة عكسيّة.
• الضغط: عندما يتعرّض الجسم لضغط إضافي فإن جزيئاته تتراص وتقترب من بعضها البعض، مما يتسبب في نقصان حجمه، وبالتالي زيادة كثافته، إذن فالعلاقة بين الضغط والحجم عكسيّة، وكذلك العلاقة بين الضغط والكثافة عكسيّة أيضاً.

لذلك فإنّ كثافة مادة ما تحدد في جداول ولكن مع تحديد كل من درجة الحرارة، والضغط المؤثر عليها، وبشكل عام فإن المواد الصلبة هي الأعلى كثافة، وتليها المواد السائلة، وأخيراً الغازيّة نظراً لاختلاف المسافات بين جزيئات كل حالة.

يتم الاستفادة من معرفة كثافة الأجسام، أو المواد في العديد من التطبيقات الحياتيّة، منها:

• معرفة كميّة شحن بطارية السيّارة، فالطاقة المتولدة منها تعتمد على التفاعلات الكيميائيّة، وانخفاض كثافة المحلول إشارة إلى تفريغ الشحنات منه.
• الكشف عن بعض الأمراض مثل فحص الدم للكشف عن الأمراض، فللدم كثافة معيّنة، وزيادتها تدل على تجمع كريات الدم الحمراء، وهذه إشارة على الإصابة بمرض ما مثل النقرص، أو التهاب المفاصل، أو يكون بسبب الجفاف، وقلة السوائل في الجسم، أو فحص البول فزيادة كثافته تدل على ارتفاع مستوى الأملاح فيه.
• تصنيع العديد من الآلات ومن أهمها الطائرات، فقد تم اختيار الألمنيوم ليكوّن هيكل الطائرة بسبب انخفاض كثافته، إذ إنّ الكتلة الكليّة في الطائرة موضوع في غاية الأهميّة.