الدرس الأول ( الكثافة)

الموائع

نشاط (1):  من خلال الصور التالية: ما أوجة الاختلاف والتشابة فى الصور المعروضة؟

                                      

..............................................................................................................................................................................................................

من خلال النشاط السابق: 

توجد المواد في الطبيعة في إحدى ثلاث حالات:

- مواد صلبة.                       - مواد سائلة.                              - مواد غازية.

تتخذ المواد الصلبة (مثل الخشب والزجاج) شكلاً محدداً بينما المواد السائلة والغازية (مثل الماء والهواء) لا تتخذ شكلاًَ محدداً بل تتخذ شكل الإناء الموضوعة فيه، لذا تسمى بالموائع. 

نشاط (2): استخدم أحد محركات البحث للوصول لمفهوم الموائع.

من خلال البحث نجد أن:

 الموائع تعرف : بأنها أي مادة قابلة للانسياب ولا تتخذ شكلاً محدداً .

هناك نوعين من الموائع هما:

(1) الموائع السائلة، وتتميز بأنها:

- لها حجم معين.               - حركتها انسيابية.            

- غير قابلة للانضغاط.

(2) الموائع الغازية، وتتميز بأنها:

- تشغل أي حيز توجد فيه وتتخذ حجمه.                     - قابلة للانضغاط بسهولة.

تختلف الخصائص الفيزيائية للموائع الساكنة والموائع المتحركة:

الخصائص الفيزيائية للموائع الساكنة هي:

(1) الكثافة.                                  (2) الضغط.

-       نشاط ( 3 ) : من الشكل التالى: 

      - كيف تميز بين المواد الموضوعة فى الإناء الزجاجى؟ وإلى أى المفاهيم الفيزيائية تنتمي؟

..........................................................................................................................................................................................................................................................


   هناك مواد تغوص فى الماء وأخري تطفو ويرجع ذلك لاختلاف كثافة المواد، وبذلك هناك مفهوم الكثافة وهى صفة مميزة لكل مادة.


نشاط (4): شاهد الفيديو التالى:

- من خلال متابعتك للفيديو التعليمي: ما الخصائص الفيزيائية المميزة للموائع؟ وماذا نعنى بالكثافة؟

......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

أولاً الكثافة Density

* يُعبر ناتج قسمة كتلة أي جسم على حجمه عن كثافة مادة الجسم.

تتعين كثافة المادة من العلاقة:

ρ =  m/VoL

حيث: (m) كتلة الجسم وتقاس بوحدة (kg) ، (V_oL) حجم الجسم ويقاس بوحدة (m³) وبالتالي تقاس الكثافة بوحدة (kg/m³)

  ما معنى قولنا أن: كثافة الحديد = 7900 kg/m³

              

                  * معنى ذلك أن كتلة 1 m³ من الحديد = 7900 kg

وبالتالى كثافة المادة (ρ)          

                                              هى كتلة وحدة الحجوم من المادة.

                                        

ملاحظة هامة:

* عند خلط مادتين أو أكثر فإن:                                                          .......... + m2 + m1 = (الخليط) m أى أن:                                 .......... + ρ2 (V oL)2 + ρ1 (VoL)1 = (الخليط) oLρ V  ......... + (VoL)2 + (VoL)1 = (الخليط) VoL ، وإذا انكمش الخليط فإن: (انكماش) VoL  – [(VoL)1 + (VoL)2] = (الخليط) VoL

               

 مثال (1)
    - مزج 50m³ من ماء كثافته 1000 kg/m³ مع 40m³ من كحول كثافته 790 kg/m³ فانكمش حجم         المزيج بمقدار 1.3 m³ ، احسب كثافة المزيج.

                                                             
                                                           الحل                       

                                                         

V ₀₁ – [(V₀₁)₁ + (V₀₁)₂]= (الخليط) V₀₁

= [50 + 40] – 1.3 = 88.7m³                                                                                                                                                              

_كحول m + _ماء m = (الخليط) m

_كحول (V_oL) _كحول ρ + _ماء (V_oL)_ماء ρ= (الخليط) ρV _oL

(790)  (40) + (1000)   (50) = ρ  88.7

ρ = 919.95 kg/m³  

.............................................................................................................
نشاط(5): لديك مجموعة من الأدوات كما يلى:

         ( إناء زجاجى – مخبار مدرج – ميزان رقمى – ماء – قطعة من الحديد)

-       استخدام هذه الأدوات السابقة لتعيين كثافة قطعة الحديد ثم اكتب تسلسل العمليات التى ستقوم بإجرائها لتعيين الكثافة.

.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

مثال (2):

       "قام بائع بوضع كمية من المياه على اللبن لزيادة وزنه"

     1-    أى المفاهيم الفيزيائية تمكنك من تمييز كفاءة اللبن  

     2-    وضح إجرائين مختلفين يمكنك من خلالهما تمييز اللبن.

نشاط ( 6 ): من خلال البحث حدد العوامل التى تتوقف عليها الكثافة من خلال القانون؟

..........................................................................................................................................................................................................................

-  العوامل التي تتوقف عليها الكثافة وأسباب اختلاف الكثافة من عنصر لآخر وهى:

o       الوزن الذرى للعنصر أو الوزن الجزيئي للمركب.

o       المسافات البينية بين الذرات أو الجزيئات.

- مما سبق يتضح أن كثافة المادة:

• لا تتغير بتغير كتلة المادة أو حجمها فهي ثابتة للمادة الواحدة.
• تتغير بتغير نوع المادة أو درجة الحرارة وذلك لأن:  تغير درجة حرارة المادة يؤدى إلى تغير المسافات البينية بين الذرات أو الجزئيات وبالتالي يتغير الحجم فتتغير الكثافة.

نشاط ( 7 ) : استخدم البحث عبر الموقع أو محركات البحث لتحديد ماهية الكثافة النسبية؟وكذلك تطبيقات على الكثافة؟
.........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................


الكثافة النسبية
تعرف النسبة بين كثافة أى مادة عند درجة حرارة معينة إلى كثافة الماء عند نفس درجة الحرارة 

-     يمكن تعيين الكثافة النسبية لأى مادة من العلاقة:  

الكثافة النسبية لمادة  = كثافة المادة عند درجة حرارة معينة/ كثافة الماء عند نفس درجة الحرارة

                     = كتلة حجم معين من المادة عند درجة حرارة معينة/ كتلة نفس الحجم من الماء عند نفس درجة الحرارة

- الكثافة النسبية ليس لها وحدات قياس لأنها نسبة بين كميتين متماثلتين.

ما معنى قولنا أن: الكثافة النسبية للبنزين = 0.9

معنى ذلك أن النسبة بين كثافة البنزين إلى كثافة الماء عند نفس درجة الحرارة = 0.9

* يمكن تعيين كثافة المادة بمعلومية الكثافة النسبية لها من العلاقة:

1000  × النسبية ρ = ماء ρ × النسبية ρ = المادة  ρ

حيث: _ماء ρ تساوى 1000 kg/m³

مثال (3) إذا كانت كثافة الألومنيوم 2700 kg/m³ ، كثافة الماء 10³ kg/m³ ، احسب:

    (أ‌)    الكثافة النسبية للألومنيوم.

   (ب‌)   كتلة قطعة من الألومنيوم حجمها 0.1 m³

الحل     (أ)                                             

                                                       2.7 =  1000/2700 = 1000/ _{ألومنيوم} ρ = _{النسبية} ρ

      m = ρ V₀₁ = 2700  0.1 = 270 kg                                                      (ب)

مثال (4) إناء وضع به 50 g من سائل ما فكانت كتلته وهو مملوء بالسائل 80 g، وعند تفريغ ما فيه وإعادة ملئه بماء مقطر كانت كتلته 60 g ، احسب كثافة هذا السائل.

الحل

كتلة الإناء فارغاً = كتلة الإناء مملوء بالسائل – كتلة السائل

30 g = 80 – 50 = _إناء  m

كتلة الماء = كتلة الإناء مملوء بالماء – كتلة الإناء فارغاً

30 g  = 60 – 30 = _ماء m

الكثافة النسبية للسائل = كتلة حجم معين من السائل / كتلة نفس الحجم من الماء

1.67 = 30 50/ = _{النسبية} ρ

× _{النسبية} ρ = _سائل ρ1000    =   1.67×1000=   1670 kg/m³

تطبيقات على الكثافة

التطبيق	التفسير
(1) الاستدلال على مدى شحن بطارية السيارة بقياس كثافة المحلول الإلكتروليتي بها.	عندما تفرغ الشحنة الكهربية من بطارية السيارة تقل كثافة المحلول الإلكتروليتى (حمض الكبريتيك المخفف) نتيجة استهلاكه فى تفاعله مع أولواح الرصاص وتكوين كبريتات الرصاص. وعند إعادة شحن بطارية السيارة تتحرر الكبريتات من ألواح الرصاص وتعود للمحلول مرة أخرى فتزداد الكثافة وتعود لحالتها الطبيعية.
(2) تشخيص بعض الأمراض، مثل: الأنيميا بقياس كثافة الدم. زيادة تركيز الأملاح في البول بقياس كثافة البول.	* فى الحالة الطبيعية تكون كثافة الدم ما بين 1040 kg/m3 إلى 1060 kg/m3 فإذا: زادت كثافة الدم عن 1060 kg/m3 دل ذلك على زيادة تركيز خلايا الدم الحمراء. - قلت كثافة الدم عن 1040 kg/m3 دل ذلك على نقص تركيز خلايا الدم الحمراء وهذا يشير إلى مرض فقر الدم (الأنيميا). * الكثافة المعتادة للبول هى 1020 kg/m3 وبعض الأمراض تؤدى إلى زيادة الأملاح مما يؤدى إلى زيادة كثافة البول عن الحالة الطبيعية.

^{:يمكن تلخيص درس الكثافة من خلال الخريطة الذهنية التالية}

 التقويم:

         س1: ماذا نعني بقولنا أن:

           [1] كثافة الألومنيوم =  2700 Kg/m3

           [2] الكثافة النسبية للحديد = 7.8

 س2: مزج 100 cm3 كحول مع حجم مماثل ماء فكانت الكثافة النسبية للمزيج 0.92 احسب نسبة 

     الانكماش في الحجم بعد المزج إذا كانت كثافة الكحول 800kg /m3 وكثافة الماء 31000 kg/m .

الواجب المنزلى:

      س1:  - خزان سعته 60 L كتلته وهو فارغ 10 kg احسب كتلته إذا ملئ بنزين كثافته        

               النسبية 0.72.

            - إذا كان سعر جرام الذهب 200 جنه فما طول ضلع مكعب من الذهب سعره مليون  

              جنيه علماً بأن كثاف الذهب 19000 kg/m³.