كثافة الصخور والمعادن الشائعة

الكثافة تقيس كتلة المادة لكل وحدة حجم. على سبيل المثال، كثافة مكعب بوصة واحدة من الحديد أكبر بكثير من كثافة مكعب بوصة واحدة من القطن، وعادةً ما تكون الأجسام الكثيفة أثقل .

تُعبر كثافات الصخور والمعادن عادةً بوحدة قياس كثافة محددة، وهي كثافة الصخور بالنسبة لكثافة الماء، وهذا ليس معقدًا كما يبدو، حيث تبلغ كثافةالماء 1 غرام لكل سنتيمتر مكعب أو 1 جم لكل سم3، لذلك يمكن تحويل هذه الأرقام مباشرة إلى جرام لكل سنتيمتر مكعب أو طن لكل متر مكعب .

تُعد كثافات الصخور مفيدة للمهندسين بالتأكيد، كما أنها ضرورية للفيزيائيين الجيوفيزيائيين الذين يحتاجون إلى تصميم صخور قشرة الأرض لحسابات الجاذبية المحلية .

الكثافة المعدنية

كقاعدة عامة تتميز المعادن غير المعدنية بكثافة منخفضة بينما تحتوي المعادن الفلزية على كثافة عالية ، ومعظم المعادن الرئيسية المكونة للصخور في قشرة الأرض مثل الكوارتز والفلسبار والكالسيت لها كثافة متشابهة للغاية ، ويمكن أن تحتوي بعض من أثقل المعادن المعدنية مثل الإيريديوم والبلاتين ، على كثافات تصل إلى 20 .

كثافات الصخور

كثافة الصخور حساسة للغاية للمعادن التي تشكل نوعًا معينًا من الصخور ، وتميل الصخور الرسوبية والجرانيت الغني بالكوارتز والفلسبار إلى أن تكون أقل كثافة من الصخور البركانية ، وإذا كنت تعرف علم الصخور البركاني الخاص بك ، فسترى أنه كلما كانت الصخور أكثر كثافة غنية بالمغنيسيوم والحديد كلما زادت كثافتها .

يمكن أن يكون للصخور من نفس النوع كثافات مختلفة، وذلك يعود جزئيًا إلى وجود نسب مختلفة من المعادن في الصخور المختلفة من نفس النوع. على سبيل المثال، يمكن للجرانيت أن يحتوي على نسبة مختلفة من الكوارتز تتراوح بين 20% و60% .

العلاقة بين مسامية الصخور والكثافة

يمكن أن يعزى هذا التباين في الكثافة أيضا إلى تسامحية الصخور، وهي المساحة المفتوحة بين الحبيبات المعدنية. يتم قياس التسامحية إما على نطاق عشري من الصفر إلى الواحد أو كنسبة مئوية. في الصخور البلورية مثل الجرانيت، الذي يحتوي على حبيبات معدنية ضيقة ومتشابكة، فإن التسامحية منخفضة للغاية ولا تتجاوز 1 في المائة. وفي الطرف الآخر من الطيف، نجد الحجر الرملي الذي يتألف من حبيبات رملية كبيرة فردية، ويمكن أن تصل التسامحية فيه إلى 10 في المائة إلى 35 في المائة .

تمتلك المسامية أهمية خاصة في جيولوجيا النفط، ويعتقد الكثيرون أن خزانات النفط هي تجمعات أو بحيرات من النفط تحت الأرض، مشابهة لطبقة المياه الجوفية المحتجزة التي تحمل المياه. ولكن هذا ليس صحيحا، بدلا من ذلك، توجد الخزانات في الحجر الرملي الذي يسهل اختراقه، حيث يعمل الصخر كإسفنجة تحتفظ بالزيت بين المسام .

كيفية حساب الكثافة

الكثافة هي قياس كمية الكتلة لكل وحدة حجم ، ومن أجل حساب الكثافة تحتاج إلى معرفة كتلة وحجم العنصر ، وعادة ما تكون الكتلة هي الجزء السهل بينما يمكن أن يكون الحجم صعبًا ، وعادة ما يتم إعطاء الأشياء البسيطة الشكل في مشكلات الواجب المنزلي مثل استخدام المكعب أو الطوب أو الكرة .

صيغة الكثافة هي الكثافة = الكتلة ÷ الحجم

الكثافة هي مقدار المادة الموجودة في المجلد ، ويزن كائن كثيف أكثر من كائن أقل كثافة بنفس الحجم ، وكائن أقل كثافة من الماء سوف تطفو عليه ، وواحد مع كثافة أكبر سوف تغرق ، ومعادلة الكثافة هي كثافة تساوي الكتلة لكل وحدة حجم ، ومفتاح حل الكثافة هو الإبلاغ عن الكتلة المناسبة ووحدات الحجم ، وإذا طُلب منك إعطاء الكثافة في وحدات مختلفة من الكتلة والحجم فستحتاج إلى تحويلها .

إذا أعطيت كائنًا صلبًا منتظمًا ، يمكن قياس أبعاده وحساب حجمه ، ولسوء الحظ ، يتعذر في بعض الأحيان قياس حجم الأشياء القليلة في العالم الحقيقي بسهولة ، وقد يتطلب ذلك حساب الحجم عن طريق النزوح .

على سبيل المثال إذا كان لديك جندي لعبة معدنية ، يمكنك أن تقول أنها ثقيلة بما يكفي لتغرق في الماء ، ولكن لا يمكنك استخدام المسطرة لقياس أبعادها ، ولقياس حجم إصبع القدم املأ أسطوانة متدرجة حوالي نصف الطريق بالماء ، وسجل المستوى ثم أضف اللعبة وتأكد من إزاحة أي فقاعات هواء قد تلتصق بها وسجل قياس حجم جديد ، وبالتالي إن حجم الجندي لعبة هو المجلد النهائي ناقص المجلد الأولي حيث يمكنك قياس كتلة اللعبة الجافة ثم حساب الكثافة .

نصائح لحسابات الكثافة

في بعض الحالات سيتم تزويدك بالكتلة، وإذا لم يكن الأمر كذلك، فسيتعين عليك الحصول عليها بنفسك من خلال وزن الكائن. وعندما تحصل على الكتلة، يجب أن تكون على علم بدرجة الدقة والتحقق من القياس. الأمر نفسه ينطبق على قياس الحجم. ومن الواضح أنك ستحصل على قياس أكثر دقة باستخدام أسطوانة متدرجة أو دورق. ومع ذلك، قد لا تحتاج إلى قياس دقيق مثل ذلك. الأرقام الهامة في حساب الكثافة هي أقل درجة دقة في القياس، لذا إذا كانت كتلتك 22 كجم، فليس من الضروري الإبلاغ عن قياس الحجم بأقرب ميكروليتر .

مفهوم آخر مهم يجب أن نأخذه في الاعتبار هو ما إذا كانت إجابتك معقولة، وإذا كان الكائن يبدو ثقيلا بالنسبة لحجمه، فيجب أن يكون له كثافة عالية. يجب أن تضع في اعتبارك أن كثافة الماء تقريبا 1 جم/سم مكعب، وفي حين أن الأجسام ذات كثافة أقل ستطفو في الماء، فإن الكائنات ذات كثافة أعلى ستغوص في الماء. لذا، إذا غرق كائن ما في الماء، فمن الأفضل أن يكون له قيمة كثافة أكبر .