تعريف الحجم
الحجم يُعبّر عن كمية الفضاء التي تحتلها الأجسام أو المواد. يُقاس هذا الفضاء بوحدات مختلفة، فمنها ما يُعبر بمضاعفات الأطوال مثل المتر المكعب أو القدم المكعب. وهناك وحدات خاصة بقياس السوائل كاللتر والغالون. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم مصطلح الحجم أيضًا لوصف شدة وقوة الصوت أو مدى ارتفاعه.
خصائص الحجم وقواعده
خصائص الحجم
الحجم يُعبّر عن مجموع الفضاء الذي يشغله الجسم في الفراغ ويتطلب التعرف عليه عبر آلية تقيس الطول، العرض والارتفاع معاً. بمعنى آخر، لا يُقاس بمقاييس خطية فحسب، بل بالإضافة إلى ذلك، يحتاج إلى معيار للعمق. قيمة الحجم ثابتة ولا تتبدل ما لم تتغير الكتلة الأساسية للجسم المدروس.
إضافة إلى ذلك، الحجم دائماً ما يُقدّر برقم موجب، ولا توجد حالة تكون فيها هذه القيمة سالبة. في العادة يقاس بالوحدات المكعبة كالسنتيمتر المكعب، المتر المكعب، أو الليتر، وهذه الوحدات تساعد على توضيح كمية الفضاء التي يشغلها الجسم.
قواعد الحجم
تخضع مساحات الأجسام لمجموعة من القوانين المتعلقة بحجمها. فعندما نجمع أحجام جميع الأجزاء التي تتكون منها شكل معين، نحصل على الحجم الإجمالي لهذا الشكل. كذلك، أي تغيير في أحد أبعاد الجسم الثلاثة – الطول أو العرض أو الارتفاع – يؤدي إلى تغيير في حجمه.
فإذا زاد أحد هذه الأبعاد، يتضاعف الحجم ثلاثة أضعاف، والعكس صحيح، حيث أن نقصان في أي من هذه الأبعاد يقلل من الحجم بنفس المعامل. ومن المهم أيضاً معرفة أن تعديل شكل الجسم دون التأثير على كمية المادة يبقي الحجم ثابتًا دون تغير.
قوانين حجم المادة حسب الحالة الفيزيائية
لتحديد حجم المواد الصلبة غير المنتظمة الشكل، السوائل والغازات، يُستخدمُ ما يُعرف بطريقة الإزاحة. هذه الطريقة تعتمد على إضافة الجسم المُراد قياس حجمه في حاوية مملوءة بالسائل ضمن مقاييس مُحددة، ومن ثم تحديد حجم السائل المُزاح.
فيما يخص السوائل، التي تفتقد إلى الأشكال الثابتة، يصبح تقدير حجمها أكثر تعقيدًا. لذلك، يُستعان بطريقة قياس الحجم بالاعتماد على الكثافة، حيث يُقسم وزن الجسم على كثافته للحصول على الحجم. هذه الطريقة تتطلب معرفة القيم الكثافية للمواد تحت ظروف قياسية.
أما بالنسبة للمواد الصلبة الثلاثية الأبعاد، فإن الحجم يُحسب باستخدام قوانين الأحجام الخاصة بكل شكل هندسي ثلاثي الأبعاد. تعتمد هذه الطرق على الأبعاد الثلاثية للجسم، والتي يمكن قياسها بسهولة.
لحساب حجم الغازات، يُستخدم قانون الغازات المثالي، المُعبر عنه بالعلاقة V= nRT/P. في هذا القانون، “V” يمثل الحجم بوحدة اللتر، “n” تُمثل عدد المولات، “T” تدل على درجة الحرارة بكلفن، و”P” هي الضغط بوحدة الجو الواحد.
قوانين حجم المادة حسب الشكل الهندسي
لحساب حجم الأجسام ذات الأبعاد الثلاثية، يُستخدم مبدأ أساسي يقوم على ضرب مساحة القاعدة في الارتفاع. يمكن تطبيق هذا المبدأ على عدة أشكال هندسية كالتالي:
بالنسبة للمنشور الثلاثي، يُحسب الحجم بضرب مساحة القاعدة الثلاثية في الارتفاع. أما المنشور الرباعي، فحجمه يُحسب بنفس الطريقة، ولكن مساحة القاعدة هنا تُحسب بضرب الطول في العرض.
عند الحديث عن المخروط ذي القاعدة الدائرية، يتغير الوضع قليلاً حيث يجب ضرب مساحة القاعدة الدائرية في الارتفاع ومن ثم القسمة على ثلاثة.
في حالة الأسطوانة ذات القاعدة الدائرية، يتم تطبيق نفس المبدأ المستخدم للمنشور عبر ضرب مساحة القاعدة الدائرية في الارتفاع.
تختلف الكرة عن الأشكال الأخرى، حيث يُحسب حجمها بضرب أربعة أثلاث في ناتج ضرب ثابت باي (π) في نصف قطرها مكعباً.
وأخيراً، بالنسبة للهرم، فإن الحجم يُحسب بضرب مساحة القاعدة في الارتفاع وقسمة الناتج على ثلاثة، مع الأخذ بعين الاعتبار أن مساحة القاعدة تعتمد على شكلها.
