قياس الكثافة

• المعنى الفيزيائي لكثافة الجسم
• استخدام الفرجار في قياس الأطوال

تُعرَّف كثافة المادة بأنها كتلتها لكل وحدة حجم. وعادةً ما تختلف الكثافة من مادة إلى أخرى، لذا تُعد الكثافة مفهومًا مهمًّا فيما يتعلق بالطفو. وفي قصة شهيرة معروفة، كُلف أرخميدس بمهمة تحديد ما إذا كان صائغ الملك هيرو يختلس الذهب أثناء صنع إكليل مكرَّس للآلهة ويستبدله بسبيكة أخرى أرخص ثمناً.

كان أرخميدس يعلم أن الإكليل غير المنتظم الشكل يمكن ضغطه ليصبح مكعبًا يمكن حساب حجمه بسهولة ومقارنته بالوزن؛ لكن الملك لم يوافق على ذلك.

لذا، أخذ أرخميدس حمامًا مريحًا بالغطس، ولاحظ من ارتفاع مستوى الماء الدافئ عند دخوله أنه يمكنه حساب حجم التاج الذهبي من خلال إزاحة الماء. ويُقال إنه، عقب هذا الاكتشاف، انطلق عارياً في الشوارع صارخاً: «يوريكا!»

من الناحية الرياضية، بالنسبة لجسم متجانس، فإن الكتلة مقسومة على الحجم تعطي الكثافة. تُقاس الكتلة عادةً باستخدام ميزان مناسب؛ أما الحجم فيمكن قياسه مباشرةً (من خلال الشكل الهندسي للجسم) أو عن طريق إزاحة سائل. ويُعد الوزن الهيدروستاتيكي طريقة تجمع بين هاتين الطريقتين، وسنستخدم هذه الطريقة لقياس أحجام الأسطوانات المرفقة مع جهاز ATP Volta.

• فرجار فيرنييه، مقياس 0 – 160 ملم، دقة 0.05 ملم (بلاستيكي) — MEC-004
• ميزان إلكتروني سعة 300 غرام، دقة قراءة 0.01 غرام — CHE-015
• كوب زجاجي منخفض الشكل سعة 500 مل، من زجاج البورسليكات — HEA-001
• كوب زجاجي منخفض الشكل سعة 100 مل، زجاج بوروسيليكات — HEA-003
• ملونات الطعام — MEC-057
• أسطوانات الحرارة النوعية — HEA-009
• إناء أسطواني مقسم إلى وحدات، طويل الشكل ومزود بفوهة. السعة 100 × 1 مل، زجاج بوروسيليكات — MEC-001

• ما هو المبدأ الفيزيائي الذي سمح لنا في هذه التجربة بإجراء قياس ثابت للأحجام وقياس ديناميكي في آن واحد؟
• كيف تصف العلاقة التناسبية بين كثافة جسم ما وحجمه؟ في هذه التجربة، استخدمت أسطوانات ذات أحجام مختلفة وكتل متساوية. ماذا لاحظت؟ ارسم منحنى بيانيًا باستخدام هذه البيانات للتحقق من إجابتك.