الكثافة النسبية: حسابية ، أمثلة ، تمارين - جسدي - بدني - 2025

و الكثافة النسبية هي العلاقة بين أبعاد كثافة مادة وإشارة التي عادة ما تكون المياه في 4 درجات مئوية (39.2 درجة فهرنهايت) لمدة السوائل والمواد الصلبة، في حين أن للغازات ويستخدم الهواء الجاف.

في بعض النصوص يطلق عليه أيضًا الجاذبية النوعية (الترجمة الحرفية للثقل النوعي في اللغة الإنجليزية) ، ولكنه نفس المفهوم. يجب أن تكون كلتا الكثافات في نفس نظام الوحدات وقد تم قياسهما في ظل ظروف متساوية للضغط ودرجة الحرارة.

الأجسام العائمة لها كثافة نسبية أقل من الماء. المصدر: PIxabay.

يتم حساب الكثافة النسبية رياضيًا على النحو التالي:

على الرغم من أن كثافة أي مادة تعتمد على ظروف الضغط ودرجة الحرارة التي يتم قياسها فيها ، خاصة عندما يتعلق الأمر بالغازات ، فإن الكثافة النسبية هي مفهوم مفيد للغاية لتوصيف المواد المتنوعة بسرعة.

يمكن ملاحظة ذلك على الفور ، حيث أن كثافة الماء تقارب 1 جرام لكل سنتيمتر مكعب: 1 جم / سم مكعب أو 1000 كجم / م ³ ، عند الضغط الجوي وفي نطاق جيد من درجات الحرارة (من 0 إلى 15 درجة مئوية).

عند إعطاء الكثافة النسبية لمادة ما ، يُعرف على الفور مدى خفة الوزن أو ثقلها فيما يتعلق بالماء ، المادة العالمية.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن الكثافة النسبية هي قيمة يسهل تذكرها حيث يتم قياسها بأرقام صغيرة وسهلة التعامل ، كما سنرى في القسم التالي ، حيث يتم ذكر قيم الكثافة النسبية لبعض المواد المعروفة.

أمثلة

من الواضح أن الكثافة النسبية للماء هي 1 ، لأنه كما قيل في البداية ، هو المعيار المرجعي للسوائل والمواد الصلبة. السوائل مثل القهوة أو الحليب أو المشروبات الغازية لها كثافة نسبية قريبة جدًا من كثافة الماء.

بالنسبة للزيوت ، لا توجد قيمة واحدة للكثافة النسبية تنطبق على الجميع ، لأنها تعتمد على أصلها وتكوينها ومعالجتها. تتراوح معظم الكثافات النسبية للزيوت بين 0.7 و 0.95.

الغازات أخف بكثير ، لذلك في العديد من التطبيقات يكون المرجع المأخوذ هو كثافة الهواء ، بحيث تشير الكثافة النسبية إلى مقدار الضوء أو الثقل مقارنة بالهواء. بالمقارنة مع الماء ، تبلغ الكثافة النسبية للهواء 0.0013.

لنلقِ نظرة على بعض قيم الكثافة النسبية للمواد والمواد المعروفة.

الكثافة النسبية لبعض المواد المعروفة

- جسم الإنسان: 1.07.

- عطارد: 13.6.

- جلسرين: 1.26.

- بنزين: 0.68.

- مياه البحر: 1025.

- فولاذ: 7.8.

- خشب: 0.5.

- جليد: 0.92.

توفر قيمة الكثافة النسبية معلومات فورية حول ما إذا كانت مادة أو مادة تطفو في الماء أو تغرق على العكس.

في ضوء ذلك ، ستبقى طبقة من الزيت فوق طبقة من الماء ، نظرًا لأن جميع الزيوت تقريبًا لها ثقل نوعي أقل من هذا السائل. قد يكون لمكعب من الخشب في الماء جزء منه ، تمامًا مثل الثلج.

الفرق مع الكثافة المطلقة

الكثافة المطلقة هي الحاصل بين كتلة المادة والحجم الذي تشغله. نظرًا لأن الحجم يعتمد بدوره على درجة الحرارة (تتمدد معظم المواد عند تسخينها) والضغط ، فإن الكثافة تعتمد بدورها على هذين المقدرين. رياضيا لدينا:

حيث ρ هي الكثافة ، ووحداتها في النظام الدولي Kg / m ³ ، m هي الكتلة و V هي الحجم.

نظرًا للعلاقة بين الحجم ودرجة الحرارة والضغط ، يتم تحديد قيم الكثافة التي تظهر في الجداول عادةً عند الضغط الجوي وفي نطاقات درجة حرارة معينة.

وبالتالي ، في ظل الظروف العادية للغازات: 1 جو من الضغط و 0 درجة مئوية لدرجة الحرارة ، يتم ضبط كثافة الهواء عند 1،293 كجم / م ³.

على الرغم من أن قيمته تواجه هذه الاختلافات ، إلا أنها كمية مناسبة جدًا لتحديد سلوك المواد ، خاصة في الوسائط التي تعتبر مستمرة.

الاختلاف مع الكثافة النسبية هو أن الكثافة المطلقة لها أبعاد ، وفي هذه الحالة تعتمد قيمها على نظام الوحدة المحدد. وبهذه الطريقة تكون كثافة الماء عند درجة حرارة 4 درجة مئوية:

ρ _ماء = 1 جم / سم ³ = 1000 كجم / م ³ = 1.94 سبيكة / قدم ³

تمارين محلولة

-التمرين 1

أوجد الحجم الذي يشغله 16 جرامًا من الزيت الذي تبلغ جاذبيته النوعية 0.8.

المحلول

أولًا نجد الكثافة المطلقة ρ _زيت الزيت. للدلالة على كثافته النسبية كـ s _{g ،} لدينا:

ρ _الزيت = 0.8 × كثافة الماء

بالنسبة لكثافة المياه ، سيتم استخدام القيمة الواردة في القسم السابق. عندما تُعرف الكثافة النسبية ، يتم استرداد الكثافة المطلقة على الفور بضرب هذه القيمة في كثافة الماء. وبالتالي:

كثافة المادة = الكثافة النسبية × كثافة الماء (في ظل الظروف العادية).

لذلك بالنسبة للزيت في هذا المثال:

ρ _الزيت = 0.8 × 1 جم / سم ³ = 0.8 جم / سم ³

نظرًا لأن الكثافة هي حاصل القسمة بين الكتلة م والحجم الخامس ، فستكون كما يلي:

-تمرين 2

صخرة لها جاذبية نوعية 2.32 وحجم 1.42 × 10 ^-4 م ³. أوجد وزن الصخرة في وحدات النظام الدولي وفي النظام الفني.

المحلول

سيتم استخدام قيمة كثافة الماء كـ 1000 كجم / م ³:

ρ _صخرة = 2.32 × 1000 كجم / م ³ = 2.32 × 10 ³ كجم / م ³

كتلة الصخرة بالكيلوغرام:

الوزن بوحدات النظام التقني 0.33 كيلوغرام قوة. إذا كانت مفضلة في النظام الدولي ، فإن الوحدة هي نيوتن ، حيث يتم ضرب الكتلة بقيمة g ، تسارع الجاذبية.

- تمرين 3

مقياس الضغط هو وعاء يمكن من خلاله تحديد الكثافة النسبية للمادة عند درجة حرارة معينة.

Pycnometer. المصدر: Wikipedia.org.

لتحديد كثافة سائل غير معروف في المختبر ، تم اتباع هذا الإجراء:

- تم وزن دورق القياس الفارغ وكانت القراءة 26.038 جم

- ثم يملأ جهاز قياس الكثافة بالماء عند درجة حرارة 20 درجة مئوية (كثافة الماء 0.99823 جم / سم مكعب) ويتم وزنه للحصول على قيمة 35.966 جم.

- أخيرًا ، تم وزن مقياس الضغط المملوء بسائل غير معروف وكانت القراءة التي تم الحصول عليها 37791 جم.

يُطلب استنتاج تعبير لحساب كثافة السائل وتطبيقه مع البيانات التي تم الحصول عليها.

المحلول

يتم تحديد كتلة كل من الماء والسائل عن طريق طرح القراءة الكاملة لمقياس pycnometer الفارغ:

كتلة _H2O = 35.966 ز - 26،038 ز = 9.928 غرام؛ كتلة _{السوائل} = 37.791 جم - 26.038 جم = 11.753 جم

أخيرًا يتم استبداله في التعبير الذي تم استنتاجه:

_سائل ρ = (11.753 جم / 9.928 جم). 0.99823 جم / سم مكعب = 1.182 جم / سم مكعب.

المراجع

1. موسوعة بريتانيكا. جاذبية معينة. تم الاسترجاع من: britannica.com.
2. جيانكولي ، د. 2006. الفيزياء: مبادئ مع تطبيقات. 6 ^عشر.. إد برينتس هول.
3. موت ، ر. 2006. ميكانيكا الموائع. الرابعة. الإصدار. تعليم بيرسون. 12-21.
4. Valera Negrete، J. 2005. ملاحظات حول الفيزياء العامة. UNAM. 44-45.
5. وايت ، ف. 2004. ميكانيكا الموائع. 5 الطبعة. ماك جراو هيل. 17-18.