ظاهرة شذوذ الماء -كثافة 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 هذه المهمه مع هذه الأسئلة.
تُقاس كمية المادة في أي جسم بوحدات الكيلوغرام (كغم) أو الغرام، أو الميلغرام، أو الطن وما إلى ذلك.
كثافة المادة – هي كمية المادة لكل وحدة حجم. مثال كمية المادة لكل سم مكعب أو كمية المادة لكل متر مكعب. تُقاس الكثافة بوحدات كمية المادة لحجم ما،
أي غم في كل سم مكعب (\({\large\frac{gr}{cm^3}}\)) أو كغم في كل متر مكعب (\({\large\frac{kg}{m^3}}\)).

فيلم: https://www.youtube.com/watch?v=SWS1iYgjynw

المادة التي كثافتها أقل تطفو على سائل كثافته أكبر.
يطفو الخشب على وجه الماء، يطفو الزيت على وجه الماء. بينما، يرسب الحديد في الماء لأن كثافة الحديد أكبر من كثافة الماء.

يطفو الزيت على الماء

كمية 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 تزداد 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. (فيلم): https://youtu.be/vMcFfibIJaA

يرسب الزيت المتجمد
في الزيت السائل

مسألة

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:

الرسم البياني يصف العلاقة بين كثافة الماء ودرجة حرارته في \(0^{\circ}C\)، يوجد أيضًا ماء وأيضًا جليد. كثافة من هي الأصغر؟
معطى أن كثافة الماء الحلوة في \(0^{\circ}C\) هي 999.87 كغنم/م\(^3\).
ما الفرق بين كثافة الماء وكثافة الجليد في \(0^{\circ}C\)؟
هل صحيح الادعاء التالي:
كلما نسخّن الماء (في حالة كونه سائلاً) تقلّ كثافته. عللوا جوابكم.
معلوم أن الجليد يطفو على وجه الماء، فسّروا هذه الظاهرة.