الإجابة: صواب. يمكن أن تختلف كثافة الماء عند تغيير درجة حرارته؛ لأن الحرارة تؤثر في حجمه، بينما تظل كتلته ثابتة إذا لم تُضف إليه مادة أو تُفقد منه. ولذلك قد تكون لعينتين من الماء كثافتان مختلفتان عند درجتي حرارة مختلفتين.
ما المقصود بالكثافة؟
الكثافة هي مقدار الكتلة الموجودة في وحدة الحجم، وتُحسب باستخدام العلاقة:
الكثافة = الكتلة ÷ الحجم.
فإذا زاد حجم كمية من الماء مع ثبات كتلتها، انخفضت كثافتها. وإذا قل حجمها مع بقاء الكتلة نفسها، ارتفعت كثافتها.
كيف تؤثر الحرارة في كثافة الماء؟
عند تسخين الماء السائل فوق نحو ٤ درجات مئوية، يتمدد عادةً ويزداد حجمه، فتقل كثافته. وعند تبريده باتجاه هذه الدرجة، ينكمش ويقل حجمه، فتزداد كثافته.
ولهذا لا يصح القول إن كثافة الماء تزداد دائمًا كلما انخفضت حرارته؛ فالماء يمتلك سلوكًا مميزًا قرب التجمد.
متى تبلغ كثافة الماء أعلى قيمة؟
تبلغ كثافة الماء النقي أقصى قيمة لها عند نحو ٤ درجات مئوية في الضغط الجوي المعتاد. وعند تبريده من هذه الدرجة إلى درجة التجمد، يتمدد قليلًا وتنخفض كثافته.
وعندما يتجمد، يتكون ترتيب بلوري يجعل الجليد أقل كثافة من الماء السائل، ولذلك يطفو فوقه.
مثال يوضح اختلاف الكثافة
يمكن مقارنة ماء عند ٢٠ درجة مئوية بماء عند ٤٠ درجة مئوية، مع ثبات بقية الظروف. يكون الماء الأبرد في هذا المثال أعلى كثافة من الماء الأدفأ.
وقد يسهم هذا الاختلاف في حركة الماء وتكوّن تيارات الحمل الحراري.
هل تتغير الكثافة بالحرارة فقط؟
تتأثر الكثافة أيضًا بالملوحة والضغط، لذلك يجب ضبطهما عند دراسة أثر الحرارة وحدها.
إذن، العبارة صحيحة؛ فتغير درجة الحرارة يمكن أن يغير كثافة الماء، مع مراعاة سلوكه الخاص قرب ٤ درجات مئوية.