الكثافة
تُسمّى الكثافة الكتلة الحجمية للمادة أو الكتلة المحددة للمادة، يرمز لها بالرمز اليوناني "ρ"، أو بالحرف اللاتيني "D"، كما يتم تعريفها رياضيًا على أنّها الكتلة مقسومةً على الحجم، وتتمتع الكثافة بنفس القيمة العددية للكتلة وذلك في أغلب المواد النقية، كما أنّها ذات ارتباط بخصائص الطفو والنقاء والتعبئة للمواد المختلفة، وتختلف باختلاف درجة الحرارة والضغط، ويظهر بوضوحٍ كبير في المواد الغازية أكثر منها للمواد الصلبة والسائلة، ومن القوانين الفيزيائية المعروفة أنّ زيادة الضغط تقلل من الحجم وبالتالي تزيد من الكثافة.[١]
يتم التعبير عن الكثافة بشكل شائع بوحدات غرام لكل سنتيمترٍ مكعب، أو بالكيلوغرام لكل مترٍ مكعب، كما نستطيع الحصول على حجم المادة إذا عُرفت كثافتها والعكس صحيح، حيث إنّ الكتلة تساوي الحجم مضروبًا بالكثافة، أمّا الحجم فيساوي الكتلة مقسومةً على الكثافة، ويمكن الحصول على الوزن من خلال ضرب الكتلة بتسارع الجاذبية الأرضية.[٢]
قياس الكثافة
إنّ لقياس الكثافة معاييرٌ متعددة، كما أنّ هنالك العديد من التقنيات التي تعمل على قياسها، وتشمل هذه التقنيات استخدام مقياس السوائل، والتوازن الهيدروستاتيكي في حالة المواد السائلة أو الصلبة، وطريقة الجسم المغمور، ومقياس البيكومتر الذي يستخدم للسوائل والمواد الصلبة، ومقياس ضغط الهواء الخاص بالمواد الصلبة، ومقياس الكثافة المتأرجحة الخاص بالمواد السائلة، لذلك من الضروري قبل قياس الكثافة تحديد نوع الكثافة المراد قياسها وتحديد نوع المادة المعنية، ذلك لأنّ كلّ طريقة من الطرق التي سبق ذكرها تختص بقياس نوع محددٍ من الكثافة، مثل الكثافة الظاهرية أو الهيكلية أو كثافة الكتلة الحجمية وغيرها، من الجدير بالذكر أيضًا أنّ الكثافة تتساوى في جميع نقاط الجسم إذا كان متجانسًا، أما إذا كان الجسم غير متجانس، فإنّ كثافته تختلف بين نقاطٍ مختلفةٍ منه، وعندها يتم تحديد الكثافة حول أيّ نقطة معينة وحساب كثافة حجم صغير من المادة حول هذه النقطة.[١]
العوامل المؤثرة على الكثافة
العوامل الأربعة المؤثرة على كثافة المادة بشكلٍ رئيسي هي: حالة المادة، وضغط الهواء، ودرجة الحرارة، وهندسة الجزيئات، حيث إنّ الأجسام الصلبة عادةً ما تكون أكثر كثافةً من السوائل والغازات، أمّا بالنسبة لضغط الهواء فإذا كان عاليًا سوف يؤثر بشكلٍ ملحوظ على حجم المادة وبالتالي كثافتها، كما أنّ درجات الحرارة المرتفعة تعمل على ازدياد حجم المادة وبالتالي تقليل الكثافة، وعلى العكس فإنّ درجات الحرارة المنخفضة تعمل على تقليل حجم الجسم مما يعني كثافةً أكبر، ومن الجدير بالذكر أيضًا تأثير هندسة الجزيئات على كيفية ترتيب الجزيئات في الجسم وبالتالي تأثيرها على الحجم والكثافة، على سبيل المثال يمتاز الماء المجمد بفجواتٍ هوائيةٍ واسعة بين جزيئاته، مما يزيد من حجمها عند تحولها إلى الحالة الصلبة عن طريق التجميد، مع تقليل الكثافة مقارنةً بالمادة في الحالة السائلة حيث إنّ المادة في الحالة السائلة لا تحتوي هذه الفجوات بين جزيئاتها وبالتالي تمتلك كثافةً أكبر.[٣]
