قوانين الكثافة والكتلة والحجم
لقد وضع علماء الرياضيات مجموعة من القوانين لتسهيل القيام بمختلف القياسات التي يُمكن أن نحتاجها خلال الحياة اليومية و في العمل ، و من أشهر هذه القوانين هي قوانين الكثافة و الكتلة و الحجم و التي يتم الاستعانة بها في العديد من التطبيقات الحياتية .
اولاً الكثافة :
– قانون قياس الكثافة :
إن الكثافة هي مصطلح يتم استخدامه كثيراً في كل من الفيزياء و الكيمياء ، و أحياناً يخلط الناس بينه و بين الوزن و الكتلة ، و قد وضع له العلماء قانون خاص به و هو (الكثافة = الكتلة ÷ الحجم) بمعنى آخر أن الكثافة تساوي مقدار المادة الموجودة في وحدة واحدة من الحجم ، و يتم التعبير عن الكثافة بالكيلوجرام أو الجرام لكل متر مكعب أو سنتيمتر مكعب أو لتر أو أي وحدة من وحدات الحجم .
– العوامل التي تؤثر في الكثافة :
تقوم الكثافة على كل من الكتلة و الحجم و هي تتأثر كثيراً بتغيُّر الحجم حيث هناك بينهما علاقة عكسية أي إذا زاد الحجم تصبح الكثافة أقل ، بينما لا تُشكّل الكتلة أي تغيير في الكثافة لأنها ثابته لا تتغير ، و من العوامل التي تغيّر قيمة الكثافة هي :
1 – الحرارة : عندما يتعرض الجسم للحرارة يؤدي ذلك إلى امتلاكه كمية أكبر من الطاقة مما يجعل جزيئاته تتباعد عن بعضها فيزداد حجمه ، و يؤدي هذا بدوره إلى قلة كثافة الجسم .
2 – الضغط : إذا زاد الضغط على الجسم فتزيد نسبة اقتراب جزيئاته من بعضها البعض ، و يؤدي هذا الأمر إلى قلة حجم الجسم مما يعمل على زيادة نسبة كثافته .
ثانياً الكتلة :
– قانون قياس الكتلة :
تُعتبر الكتلة أحد أهم المصطلحات الفيزيائية التي يكثر استخدامها حيث أنها تعبر عن مقدار المادة الموجودة في جسم ما ، و يتم الاستعانة بها في كل من الطب و الهندسة و التجارة و الزراعة و العديد من العلوم المختلفة ، أما قانون حساب الكتلة هو ( الكتلة = الكثافة ÷ الحجم ) مما يوضح أن الكتلة مرتبطة بكل من الحجم و الكثافة ، كما أنها تتناسب طردياً معهما أي أن الزيادة في أو الحجم يقابلها زيادة في الكتلة .
– العلاقة بين الكتلة و الوزن :
يخلط البعض بين كل من الكتلة و الوزن و لكن كل منهما يعبر عن شئ مختلف ، فالكتلة هي مقدار المادة الموجودة في الجسم ، بينما الوزن هو قوة جذب الأرض للاجسام الواقفة عليها ، و يُعتبر الوزن مرتبطاً بالكتلة و ذلك لأنه يساوي حاصل ضرب الكتلة في سرعة الجاذبية الأرضية ، أي أن قيمة وزن الجسم يعتمد اولاً على كتلته .
يختلف كل من الوزن و الكتلة أيضاً في وحدات القياس و ذلك لأن الوزن يتم قياسه بوحدة النيوتن لأنها تعبر عن القوة ، بينما الكتلة يتم قياسها بأكثر من نوع من الوحدات التي تتعلق بالكتلة منها الجرام و الكيلوجرام و المليجرام و الميغاجرام و السنتيجرام و الرطل و المثقال و غيرها .
ثالثاً الحجم :
– قانون قياس الحجم :
الحجم هو ذلك المكان الذي تشغله الأجسام و يعمل الحجم على قياس الأبعاد الثلاثية الخاصة بالجسم مما يجعله مميزاً عن أي وحدة قياس أخرى ، و قانون الحجم هو (حاصل ضرب مساحة أحد أوجه الجسم في الارتفاع ) ، و يُعتبر الحجم بعيداً تماماً عن كل من الكتلة و الوزن فهو لا يتأثر بهما بأي حال من الأحوال ، و يستخدم الحجم وحدة المتر المكعب و ما يُشتق منها من السنتيمتر المكعب و المليمتر المكعب و غيرها .
– الطرق المختلفة لقياس حجم الأجسام :
1- الأجسام المنتظمة :
هناك عدة قوانين لقياس الأجسام المنتظمة و التي تختلف بإختلاف شكلها ، فمثلاً إذا كان الجسم يتخذ شكل متوازي مستطيلات يكون القانون ( الطول × العرض × الارتفاع ) بينما المكعب يكون قانونه (طول الضلع)3 ، أما المخروط و الهرم فإن حجمهما يساوي ( (مساحة القاعدة × الارتفاع ) ÷ 3 ) ، أما الاسطوانة يتم حساب حجمها من قانون (مساحة القاعدة × الارتفاع) .
2- الأجسام الغير منتظمة :
لا يُمكن قياس حجم الأجسام الغير منتظمة باستخدام قانون معين ، لذلك يتم اللجوء إلى تغطيسهم في الماء مع مراعاة حساب حجم الماء قبلها ، ثم بعد ذلك يتم إزالتهم من الماء و حساب حجم الماء بعد القيام بهذا الأمر ، ثم المقارنة بين حجم الماء في الحالتين للتوصل إلى حجم الجسم الغير منتظم .
