كيف يمكننا معرفة كثافة حبة واحدة من الرمل؟

سؤال جميل , ولكن أولاً علينا أن نتفق على بعض المفاهيم والمبادئ العلمية ثم سنتجول قليلاً بالمختبر لنكتشف إجابة هذا السؤال .

لنبدأ بالكثافة ونتفق على أنها واحد من خصائص المادة الفيزيائية ، وهذا يعني أننا نستطيع تحديد ماهيّة المادة اعتماداً على كثافتها ،فكثافة الماء مثلاً تختلف عن كثافة الزيت وكثافة الفضة تختلف عن كثافة الحديد وهكذا. إذن هي خاصية مميزة للمادة ، الآن علينا أن نتتفق أن الكثافة قانوناً تساوي الكتلة على الحجم إذن لنحدد كثافة حبة الرمل علينا أن نحدد كتلتها وحجمها ثم نقوم بعملية حسابية بسيطة لتحديد ذلك.

قبل أن ندخل المختبر علينا أن نحضر حفنة صغيرة من الرمل ونتأكد أنها من نفس المصدر  ، لماذا ؟ لأن مكونات الرمل الكيمائية تتأثر بعوامل عديدة فالرمل ما هو إلا حبيبات صغيرة ناتجة عن عوامل الحت والتعرية للصخور وبالتالي مكونات الرمل الكيميائية ستتحدد بمكونات الصخر الأم وأيضاً ستتأثر بظروف الحت والتعرية ، هل حدث لها تعرية مائية أم بالرياح وهكذا.

وأخيرا لندخل إلى المختبر . هل تذكرون المخبار المدرج، تلك الأسطوانة الزجاجية الطويلة وعليها مجموعة من العلامات تشبه تلك الموجودة على المسطرة ، وسنحتاج أيضاً إلى الميزان ، الأدوات بهذة البساطة ، الآن لتحديد كتلة حفنة الرمل علينا أن نقوم بداية بقياس كتلة المخبار المدرج فارغا ثم نملؤه بالرمل ثم نعيد قياس الكتلة للمخبار المدرج والرمل معاً ونطرح الكتلتين من بعضهما لنحصل على كتلة الرمل وحده وبذلك لا يتبقى علينا سوى قياس الحجم وهو العلامة على المخبار المدرج التي ينتهي عندها الرمل ،  يجب علينا الآن أن نطبق القانون بكل بساطة ونقسم كتلة الرمل على حجمه فنحصل بكل على كثافة حفنة الرمل.

لنعود إلى سؤالنا الأصلي فنحن نحتاج إلى تحديد كثافة حبة رمل وليس حفنة والحقيقة أننا حصلنا على الإجابة فكثافة الحفنة هي نفسها كثافة حبة الرمل ،كيف ذلك؟ تذكر أننا اتفقنا من البداية على أن الكثافة هي من خصائص المادة الفيزيائية فما يميز حفنة الرمل يميز حبة الرمل ، لم تقتنع بعد ؟ إليك السؤال التالي هل تعقد أن كثافة قطرة ماء من المحيط تختلف عن كثافة المحيط نفسه ؟ في الواقع لا ، سؤال أخير لماذا لا تغرق السفينة ؟ بكل بساطة لأنها مصنوعة من الخشب وكثافة الخشب أقل من كثافة الماء فهل تعتقد بأن قطعة من الخشب ستطفو على الماء لأن ابعادها صغيرة ويجب أن تغرق السفينة لأنها ضخمة مثلاً؟  الموضوع ليس له علاقة بالأبعاد ستطفو السفينة كما يطفو القارب الصغير وذلك لأن كلاهما مصنوع من نفس المادة وهي الخشب . وأخيراً لنلجأ إلى البرهان العلمي انظر إلى قانون الكثافة مرة أخرى أليس عبارة عن كسر أي أنه نسبة، فنسبة كتلة حبة الرمل إلى حجمها لن تختلف كثيراً عن نسبة كتلة الحفنة إلى الحجم ما دام كلتاهما مصنوعان من نفس المادة أي أن لهما التركيب الكيميائي نفسه .


المصادر :
https://www.visionlearning.com/en/library/General-Science/3/Density/37