ظاهرة شذوذ الماء – جزء أ – الرسم البياني لكثافة الماء
وصف وضعية
معلوم أن الخشب يطفو على الماء وبينما الحديد يرسب في الماء – بماذا يتعلق هذا؟
يرسب الزيت المتجمد في الزيت السائل، بينما مكعبات الثلج تطفو على سطح الماء – لماذا؟
نتعامل في هذا العنقود مع هذه الأسئلة.
الكتلة – هي كمية المادة الموجود في جسم ما.*
الوحدة لقياس الكتلة هي كيلوغرام (كغم) أو غرام، أو ميلغرام، طن وما إلى ذلك.
كثافة المادة – هي كتلة وحدة حجم، مثال كتلة سم مكعب أو كتلة متر مكعب.
تقاس الكثافة بوحدات كتلة لحجم ما،
أي غم في كل سم مكعب (\(\large\frac{gr}{cm^3}\)) أو كغم في كل متر مكعب (\(\large\frac{kg}{m^3}\)).
* ملاحظة: لا تتغير كتلة الجسم من مكان لآخر، وتكون هي نفسها . على الكرة الأرضية، على سطح القمر أو في كل مكان آخر. بينما وزن الجسم متعلق بقوة الجاذبية العاملة عليها، لذلك يكون وزن الجسم على القمر أصغر!
المادة الذي كثافته أقل تطفو على سائل كثافته أكبر.
يظهر في الصورة في الجهة اليسرى عدد من السوائل التي لها كثافات مختلفة. السائل الذي كثافته أكبر يكون في الأسفل، والذي كثافته أقل يكون في الأعلى.
يطفو الخشب على وجه الماء، يطفو الزيت على وجه الماء.
بينما، يرسب الحديد في الماء لأن كثافة الحديد أكبر من كثافة الماء.
كتلة مادة ما لا تتغيّر عند تسخيّنها، لكن كثافتها تتغير. تقل كثافة معظم المواد عندما تزداد درجة حرارتها.
مثال، كي يعلّو المنطاد يجب أن نُسخّن الهواء في داخله. التسخين تقلل كثافة الغاز في داخل البالون. عندما تكون كثافة الغاز أقل من كثافة الهواء يرتفع المنطاد إلى أعلى.
تزيد كثافة المادة بشكل عام عندما نُبرّدها.
مثال، عندما نُبرّد الزيت تزيد كثافته. كثافة زيت متجمد أعلى من كثافة زيت سائل. لذلك عند وضع مكعبات زيت متجمد في زيت سائل ترسب المكعبات.
الماء من هذه الجهة هو شاذ (شاهدوا الفيلم المرفق):
https://youtu.be/vMcFfibIJaA
يطفو الزيت على الماء
1. مسألة هدف 1
أمامكم خط بياني يصف العلاقة بين كثافة الماء الحلوة ودرجة حرارة الماء،
وأيضًا العلاقة بين كثافة الجليد ودرجة حرارة الجليد.
تمعّنوا في الرسم البياني وأجيبوا عن الأسئلة التالية:
- قارنوا بين التغيّر في كثافة الماء كمتعلقة بدرجة الحرارة، وبين تغيّر كثافة الجليد كمتعلقة بدرجة الحرارة.
\(\space\) - فسّروا لماذا التغييرات الماء هي شاذة. أو بكلمات أُخرى، فسّروا ما هي ظاهرة شذوذ الماء. (الشذوذ هو عن الوضع العادي).
\(\space\) - كثافة الماء الحلوة في \(0^{\circ}C\) هي \(\large\frac{kg}{m^3}\space\normalsize 999.87\).
أ. كم هي كثافة الجليد في \(0^{\circ}C\)؟
ب. كم بالمئة (بالنسبة المئوية) تتغيّر كثافة الماء الحلو عندما يتحوّل إلى جليد؟
اعرضوا حلولّكم.
- هل حللتم ؟ انتقلوا إلى مسألة هدف 2.
- أو حلوا مسألة درجة 1, حسب الحاجة.
ملاحظة: انتبهوا للإشارة \(\approx\) التي تشير إلى “قفزة” في قيم الكثافة,
بين 917.4 إلى 998.4, وهذا يعني أن مقياس الرسم غير موحدًا.
(يمكن الضغط على الرسم وتكبيرها)