density-tower-showing-vase-with-5-layers-761602233-5a280d27842b170019ae91c3

تُعرف الكثافة بأنها كتلة المادة لكل وحدة حجم، ويمكن القول بطريقة أخرى، أنها نسبة الكتلة إلى الحجم. تقيس الكَثافة كم المادة الموجود في وحدة الحجم (سواءً كانت مترًا مكعبًا أو سنتيمترًا مكعبًا). فالكثافة في الأساس مقياسٌ لمدى اكتظاظ المادة، وقد اكتُشف مفهوم الكَثافة بواسطة العالم اليوناني أرخميدس، وهو مفهوم يسهل حسابه إذا علمت المعادلة وفهمت متغيراتها.
<h3>معادلة الكثافة</h3>
لحساب الكثافة لأي مادة (وغالبا ما يرمز لها بالحرف اليوناني "ρ") تُقسم الكتلة (m) على الحجم (v):

ρ = m / v

وتكون وحدة الكثافة وفقا للنظام الدولي للوحدات كيلوغرام لكل متر مكعب (kg/m3)، أما في «نظام وحدات سنتيمتر- غرام-ثانية» تُمثل بغرام لكل سنتيمتر مكعب.
<h3>كيف تحسب الكثافة ؟</h3>
يساعد حل مسألة في دراسة الكثافة، كمثال لاستخدام معادلة الكَثافة التي ذُكرت في الفقرة السابقة.

<a href="https://ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/density.png"><img class="aligncenter size-full wp-image-70505" src="https://ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/density.png" alt="" width="630" height="321" /></a>

تذكر أن الكثافة هي الكتلة مقسومةً على الحجم، وتُقاس غالبًا بالغرامات لكل سنتيمتر مكعب، ذلك لأن الغرامات تمثل الوزن القياسي، والسنتيمتر المكعب يمثل حجم الجسم.

في هذه المسألة لدينا قالب من الملح، أبعاده 10 سم × 10 سم × 2 سم، ويزن 433 غ. لإيجاد كثافته، استخدم المعادلة التي ستساعدك في تحديد كمية الكتلة في وحدة الحجم، أو:

ρ = m / v

لديك في هذا المثال أبعاد الجسم، ويجب حساب حجمه. معادلة حساب الحجم تعتمد على شكل الجسم، وفي هذه المسألة يكون حساب الحجم سهلًا؛ لأنه في شكل صندوق:

υ الارتفاع × العرض × الطول =

υ 2 سم × 10 سم × 10 سم =

v = 200 سم3

لديك الآن الكتلة والحجم، الآن احسب الكثافة كما يلي:

ρ = m / v

ρ = 433 غم/200.0 سم3

ρ = 2.165 غ/ سم3

إذن، فكثافة قالب الملح تساوي 2.165 غ/ سم3.
<h3>استخدامات الكثافة</h3>
معرفة كيفية تصرف المواد المختلفة عند مزجها مع بعضها هي واحدة من أكثر الاستخدامات شيوعا للكثافة، فالخشب يطفو على الماء لأن كثافته أقل من كثافة الماء، بينما تغرق المرساة لأنها من المعدن، وللمعدن كثافة عالية، وتحلق بالونات الهيليوم في الهواء لأن كثافة الهيليوم أقل من كثافة الهواء.

تُختبر السوائل المختلفة في مراكز صيانة السيارات، مثل زيت ناقل الحركة، ليُصَب بعض من هذا الزيت في (الهيدرومتر-hydrometer). يحتوي الهيدرومتر على أجسام معيارية متعددة يطفو بعضها على الزيت، ويستطيع موظف مركز الصيانة أن يحدد كثافة الزيت عند مشاهدة أي من هذه الأجسام تطفو.

يوضح هذا الاختبار لموظف مركز الصيانة إذا كان زيت ناقل الحركة بحاجة إلى تغيير فورًا، أم أنه ما زال صالحًا للاستخدام.

تتيح لك الكثافة حساب الكتلة والحجم إذا أُعطيت إحدى هاتين الكميتين، فكثافة أغلب المواد معلومة، وبالتالي يكون الحساب سهلًا. (لاحظ استخدام رمز النجمة—“*”—لتجنب تداخل متغير الحجم ومتغيرالكثافة، υ و ρ على التوالي).

v * ρ = m

أو

m / ρ = v

يساعد التغير في الكثافة أيضًا في تحليل بعض الحالات. على سبيل المثال، كلما حدث تغير كيميائي تنتج عنه طاقة، فمثلًا، فإن الشحنة المخزنة في البطارية هي عبارة عن محلول حمضي، وعندما تفرغ البطارية شحنتها الكهربائية، يتحد الحمض مع الرصاص داخل البطارية، مكونًا مادةً كيميائيةً جديدة، وينتج عن ذلك نقص في كثافة المحلول، وتقاس هذه الكَثافة لتحديد مستوى الشحنة الباقية داخل البطارية.

الكَثافة هي مفهوم أساسي لتحليل كيفية تفاعل المواد في مجال ميكانيكا الموائع، الطقس، الجيولوجيا، علوم المادة، الهندسة، ومجالات أخرى في الفيزياء.
<h3>الكَثافة النوعية</h3>
الكَثافة النوعية للمادة هو مفهوم مرتبط بمفهوم الكَثافة (يُطلق عليه أيضا "الكَثافة النسبية" وهو مناسب أكثر)، والكثافة النوعية هي النسبة بين كثافة المادة وكثافة الماء، فعندما تكون الكثافة النوعية لجسم ما أقل من واحد فإن هذا الجسم يطفو على الماء، بينما يغرق الجسم عندما تكون الكثافة النوعية أكبر من واحد، وهذا هو المبدأ الذي يتيح للبالون المملوء بالهواء الساخن أن يحلق في الهواء.

<strong>اقرأ أيضًا:</strong>

<a href="https://ibelieveinsci.com/?p=69634">الانفجار العظيم: ادعاء كبير، ما سبب اعتقادنا بصحته ؟</a>

<a href="https://ibelieveinsci.com/?p=69404">هل وجود الأكوان المتوازية ممكن فيزيائيًا؟</a>

ترجمة: هبة جاد

تدقيق: عبد الرحمن عبد

<a href="https://www.thoughtco.com/what-is-density-definition-and-calculation-2698950">المصدر</a>

ما هي الكثافة من الناحية العلمية ؟

586473main_iss028e005671_full

تدور المحطة الفضائية الدولية (ISS) على بعد 400 كيلومتر فوق الأرض؛ لتكمل دورتها حول كوكبنا تقريبًا كل 90 دقيقة. يمكنك أن تراها بالعين المجردة في الليل (على الأقل يمكنك أن ترى نقطة ضوء بيضاء تسير بثبات)، لكن رصد المحطة الفضائية أثناء النهار –كما فعلت المصورة راني كولاكورسيو في الصورة النارية بالأعلى- يحتاج لبعض المساعدة التقنية.

قالت كولاكورسيو في بريد إلكتروني لموقع Live Science: «الُعَدﱠة التي استخدمتها هي التلسكوب الشمسي ألفا الهيدروجيني solar scope(تلسكوب شمسي به مرشح يسمح بنفاذ خط طيف ألفا الهيدروجين)، وهو تلسكوب مخصص لرصد ومشاهدة الشمس».

الصورة السابقة والمعروضة مؤخرًا في مدونة ناسا «صورة اليوم الفلكية» Astronomy Picture of the Day مكونة من عدة صور للشمس the sun مختلفة التعريض جُمعت باستخدام برنامج الفوتوشوب وبرامج تعديل أخرى.

<a href="https://ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/1156046.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-70599" src="https://ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/1156046.jpg" alt="" width="750" height="445" /></a>

استخدمت كولاكورسيو موقعًا يسمى transit-finder.com لحساب أين ومتى ستعبر المحطة الفضائية الدولية أمام الشمس بالضبط بالنسبة إلى موقعها، ثم قضت نحو ساعة قبل الحدث في ضبط التلسكوب الشمسي نحو شمس كوكبنا وبكاميرا متصلة بالتلسكوب صورت ما يقرب من 10 دقائق للمحطة وهي تعبر أمام وجه الشمس اللامع.

بينما تظهر المحطة الفضائية الدولية في هذه الصورة الجديدة كالفراشة الواقفة على رأس الشمس في الركن الأعلى يسارًا، لا تظهر أي بقع شمسية sunspots مرئية (هي بقع مظلمة نتيجة نشاط مغناطيسي قوي). وفقًا لوكالة ناسا إن عدم ظهور بقع شمسية يرجع لأن الشمس في منتصف دورتها الدنيا؛ وهي الفترة التي يكون فيها النشاط الشمسي solar activity الأضعف، وتحدث كل 11 عامًا تقريبًا.

كتبت ناسا أنه شيء متوقع ضعف النشاط الشمسي عن الطبيعي، إلا أن دورة الشمس الدنيا السابقة والحالية لم تسفر عن أي بقع شمسية، وهذا غير معتاد بعض الشيء، لا يعلم أحد السبب لكنه على الأقل يجعل بعض الصور رائعة.

<strong>نشر أولًا على Live Science</strong>

<strong>اقرأ أيضًا:</strong>

<a href="https://ibelieveinsci.com/?p=67897">ما الذي يمنع محطة الفضاء الدولية من السقوط والارتطام بالأرض ؟</a>

<a href="https://ibelieveinsci.com/?p=55240">ثقب محطة الفضاء الدولية يعود إلى الواجهة: لم يكن السبب عيبًا في التصنيع</a>

ترجمة: هبة جاد

تدقيق: سلمى توفيق

مراجعة: براءة ذويب

<a href="https://www.livescience.com/66007-sun-iss-photo-is-awesome.html?fbclid=IwAR0x6-8FK8mqFOF8p-Cw6s-t8UGEz8Wbj_0LaV7e9NYLi_8NHtqL9KfSCcw">المصدر</a>

المحطة الفضائية الدولية تحلق عبر الشمس الخالية من البقع

solar-977131

تُشَكِّل زيادة البقع الشمسية وانحسارها جزءًا من الدورة الطبيعية للشمس، وهي ظاهرة ما زال علماء الفلك غير قادرين على فهمها فهمًا كاملًا. كشفت أبحاث جديدة أن أحداث «الناهي الشمسي» هي ما يوقف دورات البقع الشمسية، ما يعني أننا قد نتحسن في التنبؤ بها. إن استطعنا توقع دورات تكون البقع الشمسية على كرة البلازما هذه بشكل أكثر دقة، سيكون هناك تحذير أكثر تقدمًا ضد العواصف الشمسية التي تسبب أعطالًا إلكترونية، وخللًا في البنية التحتية على الأرض.

بُنِيت هذه الاكتشافات على ملاحظات شمسية على مدى ما يقرب من 140 سنة، يتضمن ذلك التسجيل الدقيق للنقاط اللامعة الإكليلية (وهي ومضات وجيزة من الأشعة فوق البنفسجية القوية) وتحدث في فترات الهدوء الشمسي. يقول الباحثون إن حركة هذه النقاط واختفاءها مع مرور الوقت هو ما يميز حدث «الناهي الشمسي».

يقول سكوت ماكينتوش Scott McIntosh عالم الفيزياء الفلكية في المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي: «كان الدليل على أحداث الناهي الشمسي مختبئًا في المشاهدات المسجلة لأكثر من قرن، ولكن لم نعلم ما الذي نبحث عنه حتى الآن، وبدمج هذه المشاهدات المتنوعة على مدى سنين كثيرة أصبحنا قادرين على ربط هذه الأحداث ببعضها، والخروج بنظرة جديدة تمامًا مفادها أن باطن الشمس هو المحرك للدورة الشمسية».

تستمر الدورة الشمسية حوالي 11 سنة (نحن الآن في نهاية الدورة الحالية).

بعد الدورة الشمسية الدنيا وهي فترة الهدوء على سطح الشمس، يزداد عدد البقع الشمسية تدريجيًّا مرة أخرى، إذ تتكون على خطي عرض 35 درجة شمالًا وجنوبًا، وتتلاشى في النهاية قبل وصولها إلى خط الاستواء.

[caption id="attachment_71152" align="aligncenter" width="1024"]<a href="https://ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/1-288.jpg"><img class="size-full wp-image-71152" src="https://ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/1-288.jpg" alt="ذروة الدورة الشمسية (يمينًا) والدورة الشمسية الدنيا (يسارًا). (وكالة ناسا). " width="1024" height="415" /></a> ذروة الدورة الشمسية (يمينًا) والدورة الشمسية الدنيا (يسارًا). (وكالة ناسا).[/caption]

تستغرق هذه العملية عادة عشر سنوات أو أكثر قليلًا، وتحدث الذروة الشمسية في منتصفها، إذ يكون نشاط البقع الشمسية في أعلى مستوياته، (سُجِّلَ في إبريل 2014 قمة آخر ذروة شمسية).

تسافر النقاط اللامعة الإكليلية من خطوط العرض العليا باتجاه خط الاستواء؛ لذلك تأخذ الرحلة مدة طويلة، ثم تتداخل مع البقع الشمسية في أماكن معينة، ويظن العلماء أن هذه النقاط اللامعة علامة على حركة المجال المغنطيسي الحلقي، إذ يلتف هذا المجال حول الشمس كالرباط المطاطي ويتحرك باتجاه خط الاستواء.

يقترح العلماء صعود المجالات المغناطيسية إلى سطح الشمس، فتندفع البقع الشمسية لتشارك النقاط اللامعة الإكليلية، وبتحرك البقع الشمسية تتراكم البلازما خلفها، تنطلق هذه البلازما عندما تصطدم موجة من المجال المغناطيسي الحلقي بموجة أخرى آتية من الاتجاه المقابل لخط الاستواء.

تنطلق البلازما انطلاقًا هائلًا، يصوره العلماء على أنه «تسونامي شمسي» يتحرك بعيدًا عن خط الاستواء بسرعة قدرها 300 متر (أو 984 قدمًا) في الثانية، وسرعان ما تقابل هذه الموجة موجة أخرى من المجال المغناطيسي الحلقي آتية من الاتجاه المقابل، فتندفع لأعلى مكونة بقعًا شمسية، ومن ثم تبدأ الدورة مرة أخرى.

[caption id="attachment_71147" align="aligncenter" width="700"]<a href="https://ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/2-16.gif"><img class="size-full wp-image-71147" src="https://ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/2-16.gif" alt="يمكنك رؤية تصور للتسونامي بالأسفل. (©UCAR. Visualization: Mausumi Dikpati, NCAR)" width="700" height="389" /></a> يمكنك رؤية تصور للتسونامي بالأسفل. (©UCAR. Visualization: Mausumi Dikpati, NCAR)[/caption]

ما تزال كل هذه افتراضات حتى الآن، إذ بُنيت على الكثير من البيانات المتراكمة والتوقعات المدروسة جيدًا، ومع وصول الدورة الشمسية الحالية إلى نهايتها وبداية دورة جديدة خلال العام القادم سيرى العلماء إذا كانت نماذجهم وتوقعاتهم صحيحة.

سنتعلم من هذا البحث الكثير عن هذه العملية الجوهرية التي تحدث على نجمنا المضيف، فضلًا عن أنه شهادة على أن تدفق البيانات والملاحظات المتعددة يمكنه أن يؤدي إلى اكتشافات علمية كانت صعبة الاكتشاف لولا تلك البيانات.

يقول بوب ليمون Bob Leamon عالم الفلك بجامعة مريلاند: «لقد تمكنا من تحديد تلك النواهي بالنظر إلى بيانات جُمِعَت من نطاق كبير من القياسات المختلفة للنشاط الشمسي مثل: المجالات المغناطيسية، التشعيع الطيفي، الفيض الراديوي، بالإضافة إلى النقاط اللامعة.

وتُظهر النتائج أنه يجب عليك أن تأخذ خطوة للخلف وتستخدم كل البيانات المتاحة –وليس مركبة فضاء واحدة أو ملاحظة واحدة أو نموذج واحد– لتفهم كيف تحدث الأمور بخصوص الناهي الشمسي».

<strong>نُشر البحث في مجلتي: Solar Physics وScientific Reports.</strong>

<strong>اقرأ أيضًا:</strong>

<a href="https://ibelieveinsci.com/?p=64423">ما هو الغلاف الشمسي ؟</a>

<a href="https://ibelieveinsci.com/?p=64041">تعرف على أكبر بركان في المجموعة الشمسية</a>

<a href="https://www.sciencealert.com/to-end-a-sunspot-cycle-terminator-events-send-tsunamis-of-plasma-through-the-sun-s-interior">المصدر</a>

ترجمة: هبة جاد

تدقيق: صالح عثمان

مراجعة: نغم رابي

أحداث «الناهي الشمسي»: حل واحد من أكبر ألغاز الشمس

Terraforming

في حين أن ارتفاع حرارة جو الأرض يهدد الكثير من الكائنات الحية، فتشجيع الاحتباس الحراري على المريخ قد يكون المفتاح لجعل ذلك الكوكب مكانًا صالحا للحياة الأرضية. ويعتقد العلماء أنهم تمكنوا من تحديد المادة التي ستساعدهم في رفع حرارة أجزاء من الكوكب الأحمر لبداية نطوين الحياة على المريخ.

تقول لاورا كيربر عالمة جيولوجيا الكواكب من مختبر الدفع النفاث في وكالة ناسا: «يعد المريخ أكثر كوكب صالح للسكن في مجموعتنا الشمسية بجانب الأرض»، وتضيف: «ولكنه يبقى عالمًا عدائيًّا للكثير من أشكال الحياة».

لجعل المريخ صديقا للحياة يجب توافر عنصرين رئيسيين هما زيادة الحرارة والحماية من الأشعة فوق البنفسجية. يحتاج كوكب المريخ إلى 50 درجة كلفن إضافية (50 درجة مئوية أو 90 درجة فهرنهيت) لتسخين سطحه الجاف بالقدر الذي يتيح للماء أن يبقى في صورته الصالحة للشرب.

تضمنت مقترحات سابقة لرفع درجة حرارة كوكب المريخ، إطلاق الغازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون من سطح الكوكب، في محاكاة لما حققناه نحن هنا على الأرض دون قصد. ولكن أشارت دراسة في العام الماضي إلى عدة مشاكل في هذه المقاربة.

<a href="https://ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/SiliconAerogelCouldMakeHabitableMarsDomes_1024.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-71189" src="https://ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/SiliconAerogelCouldMakeHabitableMarsDomes_1024.jpg" alt="" width="1024" height="415" /></a>

يشرح بروس جاكوسكي عالم جيولوجيا الكواكب والكيمياء الكونية بجامعة كولورادو، في بيان صحفي لوكالة ناسا: «أشارت نتائجنا إلى أنه ليس هناك ما يكفي من ثاني أكسيد الكربون ليعطي تأثير احتباس حراري ملحوظ إذا وضع في الجو، بالإضافة إلى أن معظم غاز ثاني أكسيد الكربون يصعب الحصول عليه ولا يسهل تعبئته».

«ونتيجة لذلك، فإن تجهيز الكوكب لدعم الحياة على المريخ غير ممكن باستخدام تكنولوجيا وقتنا الحالي».

غير أن هناك ظاهرة مريخية يطلق عليها «الاحتباس الحراري الصلب» أوحت لفريق آخر من العلماء بدراسة مقاربة أخرى تهتم بتغيير جيوب محددة على المريخ عوضا عن تغيير جو الكوكب بأكمله.

هذا الشكل من العزل المحدد قد تم رصده في قطبي المريخ، فالجليد هناك -وهو يتكون من ماء مختلط بثاني أكسيد الكربون الحابس للحرارة- يحوي الحرارة التي تدفقت من خلاله في هيئة ضوء، مدفئةً المكان أسفل الجليد.

بيّن العلماء أن مادة إيروجيل السيليكا (وهي مادة تستخدم في العزل الحراري لمركبات استكشاف المريخ) لها الخصائص اللازمة لخلق «الاحتباس الحراري الصلب».

ستكون كالبطانية المريحة، تسمح للضوء بالنفاذ من خلالها ويمكن للكائنات الحية أسفلها الاستفادة منه لعملية التمثيل الضوئي، وتحبس الحرارة في ذات الوقت. للإيروجيل أقل قدرة معلومة لنقل الحرارة، إذ يشكل الهواء 97٪؜ من حجم هذه المادة، وهو محفوظ داخل ألياف نانوية من السليكا والتي تعكس الأشعة فوق البنفسجية أيضا.

أوضحت كيربر أن مادة إيروجيل السيليكا إنما هي مادة واعدة لأنها غير متفاعلة، وتقول: «إنها لا تحتاج إلى كميات كبيرة من الطاقة أو إلى توفير أجزاء ميكانيكية ليظل مكان ما دافئًا على مدى فترات طويلة».

أوضح الباحثون أنهم سيحتاجون إلى طبقة سمكها 2-3 سم من أيروجيل السيليكا لرفع درجة حرارة المكان بمقدار الخمسين درجة مئوية المطلوبة. ثم تمكنوا من إثبات أن هذه الطبقة ستتيح للمياه أن تبقى في حالة سائلة على مدار سنة مريخية وفي نفس الوقت تحمي كل ما هو تحتها من الأشعة فوق البنفسجية الضارة، وقد تم ذلك عن طريق محاكاة ظروف سطح المريخ في المعمل.

بهذه الطريقة قد تتكون جيوب صالحة للحياة كما نعرفها، بدلًا من إعادة هندسة وتغيير مناخ سطح الكوكب بأكمله.

وتقول كيربر بإيجاز: «إن وجود نظام لخلق جزر مناسبة للعيش ستمكننا من إعادة تشكيل المريخ بطريقة محكمة وتدريجية».

هذة الفكرة بالطبع ما تزال بعيدة عن الواقع، فهناك الكثير من أجزاء المعضلة تنتظر الحل. فعلى سبيل المثال هل سيكون إنتاج هذه المادة ممكنا على المريخ؟
ولا مفر من أن هناك علماء يؤمنون بأنه يجب علينا التركيز على مشاكل مناخنا بدل من محاولة تغير مناخ كوكب أخر.

تشير كيربر وزملاؤها إلى نقطة لصالح تغيير المريخ عن طريق جيوب من البيئات: «أنه لو كانت الحياة على المريخ موجودة بالفعل فهذه المقاربة لتجاورنا معها ستكون أقل ضررًا من الترافورمنج الشامل».

ولاختبار أفكارهم، يحرص الفريق العلمي على تجربة إيروجيل السيليكا في أكثر الظروف البيئية صعوبة على الأرض.

<strong>نشرت هذه الدراسة في Nature Astronomy.</strong>

<strong>اقرأ أيضًا:</strong>

<a href="https://ibelieveinsci.com/?p=68260">اكتشاف طريقة جديدة لتكوين الأكسجين على المريخ</a>

<a href="https://ibelieveinsci.com/?p=67914">الكثبان الرملية في المريخ تتحرك بطريقة غريبة</a>

ترجمة: هبة جاد

تدقيق: بدر الفراك

<a href="https://www.sciencealert.com/strange-material-could-create-local-global-warming-to-allow-pockets-of-life-on-mars">المصدر</a>

هبة جاد

الأعمال

ما هي الكثافة من الناحية العلمية ؟

المحطة الفضائية الدولية تحلق عبر الشمس الخالية من البقع

أحداث «الناهي الشمسي»: حل واحد من أكبر ألغاز الشمس

مادة عجيبة قد تكون المفتاح لتكوين الحياة على المريخ