Densitet är ett grundläggande begrepp inom fysik och teknik. Inte bara är det nära kopplat till ett objekts massa, men densitet är också centralt för att bestämma om någonting kommer att flyta när det placeras på vätskans yta. Medan densiteten inte kan vara viktig på samma sätt som de grundläggande krafterna, är det fortfarande en av de viktigaste sakerna du kan veta om ett ämne.

TL; DR (för länge, läste inte)

Densitet definieras som ρ = m ÷ V, där ρ är densitet, m är massa och V är volym. Täthet är viktigt när man tränar om något kommer att flyta i vatten, och det kan också vara användbart för att beräkna massan av en viss volym av ett ämne.

Vad är densitet?

Täthet är massa av ett ämne per volymenhet. I form av en ekvation betyder detta:

ρ = m ÷ V

Den grekiska bokstaven rho, ρ, används traditionellt för att representera densitet; m är massan; och V är volymen. Densitetenheter är kg per kubikmeter, eller något som motsvarar detta i andra enheter, såsom pund per kubikfot.

Vatten är ett bra exempel på densitet eftersom temperaturen i dagstemperaturen är nära 1000 kg /kubikmeter eller 1 g /kubikcentimeter. Rostfritt stål har å andra sidan en densitet på 8 000 kg /kubikmeter. Detta passar i vardagen, eftersom ett block av rostfritt stål är tyngre än ett lika stort block av vatten.

Du kan ändra densiteten av något genom att komprimera den i volym (dvs. minska volymen) eller öka mängden massa i samma volym.

Densitet i allmänhet

Även om densitet vanligen refererar till massa per volym, kan termen i vissa situationer användas annorlunda. Exempelvis är "antal densitet" av objekt antalet oavsett vad det är du räknar inom en volymenhet. Laddningstätheten är mängden elektrisk laddning per volymenhet. Befolkningstätheten används också som ett mått på antalet personer per område eller volym. Täthet betyder i allmänhet mängden av något inom en viss mängd utrymme.

Viktigheten av densitet: flytkraft

Täthet har uppenbar betydelse när det gäller uppflyttning av föremål. I stort sett, om något är tätare än vatten (med en densitet över 1000 kg /kubikmeter) sjunker det, men om något har en lägre densitet än vatten, kommer det att flyta.

Tekniskt kommer något att börja flyta när vikten av vattnet den förskjuter (på grund av att ytan kontaktar vattnet och hur långt det skjuter ner vattnet) matchar objektets vikt, men om det aldrig händer kommer det att sjunka. Om objektet är tätare än vatten (till exempel ett block av stål), kan vikten av vattnet det förskjutas aldrig matcha objektets vikt, så det fortsätter att sjunka.

Aluminium är en bra exempel. Det är tätare än vatten, men en utsträckt aluminiumfolie strömmar på vatten på grund av att den stora ytan gör kontakt med vattnet. Om du rullar samma mängd folie upp i en boll blir ytan i kontakt med vattnet mycket mindre och massan är koncentrerad ovanför den, så den högre tätheten av aluminium vinner ut och folien sjunker. Därför flyter båtar av tätare material än vatten, även om ett enda block av materialet sjunker: Hela strukturen har en lägre densitet än blocket eftersom den innehåller mycket luft eller mindre tätt material också.

Skillnaden i densitet är också varför olja flyter på ytan av vatten. Oljedensiteten varierar från omkring 0,91 till 0,93 g per kubikcentimeter, bara mindre än densiteten av vatten. Du kan utföra många experiment på den här enkla grunden, vilket visar att mer täta vätskor sjunker till botten av en behållare med vatten medan mindre täta vätskor kommer att flyta.

Viktens vikt: Beräkning av massa

Eftersom täthet och massa är så nära besläktade kan du beräkna massan av en viss mängd av ett ämne enkelt förutsatt att du vet dens densitet och ämnets volym. Detta kan vara användbart i teknik och andra applikationer. Använd den enkla formeln:

m = ρ × V

För att utarbeta ämnets massa. Till exempel, med användning av täthet av stål citerade tidigare, har 0,5 kubikmeter stål en massa av:

m = ρ × V = 8 000 kg /kubikmeter × 0,5 kubikmeter = 4 000 kg

Detta är användbart i många olika situationer. Om du till exempel vet hur mycket utrymme det finns i en van och vad den maximala säkra lasten som lastbilen kan bära är, kan du se om fyllning med ett visst material kommer att vara säkert. Du kan också använda ρ = m ÷ V-versionen av ekvationen för att ta reda på vad det tätaste materialet du säkert kan transportera är.