تُعد الكثافة إحدى الخصائص المهمة للجسم، أو ما يُعرف أيضًا باسم ماسا جينيسنيا. المصطلح الرائع هو الكثافة. الكثافة هي نسبة كتلة المادة إلى حجمها. رياضياً، تُكتب على النحو التالي:
ρ = م / ف
(ρ تُقرأ "رو") هو حرف يوناني يُستخدم عادةً للتعبير عن الكثافة، و m هي الكتلة و V هي الحجم.
النظام الدولي للوحدات ماسا جينيس كيلوغرام لكل متر مكعب (كجم/م³)3بالنسبة لوحدات نظام CGS، أي السنتيمترات والجرامات والثواني، تُعبر وحدة الكثافة عن طريق الجرامات لكل سنتيمتر مكعب (جم/سم³).3).
فيما يلي بيانات الكثافة لعدة أجسام.
إن كثافة الجسم المذكورة في الجدول أعلاه هي كثافة الجسم عند درجة حرارة 0o ج وضغط 1 ضغط جوي (الضغط الجوي = وحدة الضغط)
كثافة الهواء والسائل
تختلف كثافة السوائل عن كثافة المواد الصلبة. فالحديد والخشب لهما نفس الكثافة في جميع أجزائهما، على عكس السوائل كالهواء والماء. كلما ارتفع الهواء فوق مستوى سطح البحر، انخفضت كثافته، وذلك لأن قوة الجاذبية تتناقص مع الارتفاع. فكلما ارتفعنا، قلت قوة الجاذبية، وبالتالي تقل كمية الهواء المسحوب. وتكون كمية الهواء قرب مستوى سطح البحر أكبر منها على قمم الجبال. ففي نفس الحيز أو الحجم، يكون للهواء قرب البحر كتلة أكبر، وبالتالي كثافة أكبر. وعلى العكس، يكون للهواء على قمم الجبال كتلة أصغر، وبالتالي كثافة أقل. وكلما ابتعدنا عن مستوى سطح البحر، انخفضت كثافة الهواء.
ماذا عن كثافة الماء، مثلاً ماء البحر؟ يتكون الهواء من ذرات أو جزيئات منفصلة متحركة، لذا تتأثر كميته بشكل كبير بقوة الجاذبية المؤثرة عليه. في المقابل، لا تقف جزيئات الماء منفردة، بل هي مترابطة ولا تتحرك بسهولة. لذلك، لا يختلف عدد جزيئات الماء على سطح البحر كثيراً عن عددها في قاعه. وبالتالي، فإن كثافة ماء البحر على السطح تكاد تكون مساوية لكثافته في القاع، حتى مع اختلاف الارتفاع.
تأثير تغيرات درجة الحرارة والحجم على كثافة السوائل
كل جسم يتمدد (يزداد حجمه) إذا ارتفعت درجة حرارته، وينكمش (ينقص حجمه) إذا انخفضت درجة حرارته، باستثناء الماء عند درجة حرارة تتراوح بين 0 و 4 درجات مئوية. توضح الأمثلة التالية هذه الظاهرة. هل سبق لك أن واجهت موقفًا انفجر فيه إطار دراجة نارية متوقفة رغم عدم وجود تسريب؟ انفجر الإطار لأن حجم الهواء داخله انخفض، وهذا بدوره انخفض نتيجة انخفاض درجة حرارة الهواء. يحدث هذا عندما تكون درجة حرارة الهواء منخفضة جدًا. مثال آخر: انفخ بالونًا مطاطيًا حتى يتمدد، ثم اربط فوهته بإحكام لمنع تسرب الهواء. جفف البالون في مكان دافئ. لاحظ ما يحدث له! سينفجر البالون لأن حجم الهواء داخله ازداد نتيجة ارتفاع درجة حرارة الهواء. لا تستطيع مرونة المطاط تحمل تمدد الهواء، لذا ينفجر البالون.
يوضح المثالان السابقان أن حجم المائع، سواء كان سائلاً أو غازاً، يتغير بتغير درجة حرارته. تبقى كتلة الهواء داخل عجلة مغلقة أو بالون ثابتة؛ ويتغير الحجم فقط. وتؤدي تغيرات الحجم إلى تغير كثافة الهواء.
