Oavsett omfattningen av din bakgrund inom de fysikaliska vetenskaperna har du nästan säkert stött på termen ”densitet” någon gång i dina online-, tv-, bok- eller andra mediaresor. Du kanske vet att ”tät” betyder ”tjock” i både bokstavlig och metaforisk betydelse: Den där vännen som aldrig riktigt ”får” grundläggande skämt eller upprepade gånger försöker ”söta” sitt kaffe med bordssalt kan beskrivas som sådan.
Inom fysiken har densitet dock en specifik definition. Densitetsekvationen är enkel: Ta massan av ett objekt (SI, eller système internationale, enheten är kilogram eller kg) vars materia är jämnt fördelad och dividera detta värde med objektets totala volym (SI-enheten i detta fall är kubikmetern eller m3, även om ofta liter eller L används) och densitet är resultatet. Av historiska skäl betecknas denna kvantitet ofta med den grekiska bokstaven rho eller ρ.
Densitetsformeln är därför ρ = frac{m}{V}
”Tung” vs. tät
I vardagsspråk, när någon ger påståendet ”Bly är tyngre än dimma” eller liknande, antar vi vanligtvis att talaren talar om en liknande ”mängd” eller volym av varje. Om ”tung” innebär ”massiv” eller ”viktig”, och påståendet att någon ospecificerad mängd av ett ämne är mer massiv än en ospecificerad mängd av ett annat ämne är strängt taget orimligt. 1 000 liter luft är till exempel tyngre än en kubikmikrometer guld.
Tätheten för Water
Per definition har en liter (1 L) vatten vid en temperatur på 4 grader Celsius (4 °C) en massa av ett kilogram (1 kg). Detta är bekvämt eftersom alla hanterar vatten nästan varje dag, och de flesta har därför en hyfsad känsla för hur ”tungt” det är jämfört med andra ämnen, inklusive metaller.
Notera att beräkning av densitet är meningslöst utan korrekt matchning av enheterna i täljaren och nämnaren. Det vill säga om du använder kg för massa måste du använda m3 för volym. En ekvivalent enhet, gram per milliliter, eller g/ml, är vanligare i både vetenskapliga och lekmannasammanhang. En mL motsvarar en kubikcentimeter eller cm3, så detta kan också skrivas g / cm3.
Täthet: guld vs bly
Guld är pre -eminenta bland de så kallade ädelmetallerna. Den är också extremt tät, med en densitet på 19,3 g/cm3. Det gör metallen nästan 20 gånger så tät som vatten. Med tanke på att du redan vet att en liter vatten väger ett kilogram, eller 2,2 pund, kan du dra slutsatsen att den 1 L (1 000 ml) flaskan med vatten du smuttar igenom under kemilektionen skulle ha en massa av:
19,3 gånger 2,2 = 42,46text{ pund}
Bly, i jämförelse, checkar in vid 11,3 g/cm3, som är mycket tät, men bara cirka 60 procent av guldet. Varför antar du då att när folk pratar om ovanligt täta eller tunga saker, så jämför de det så ofta med bly istället för guld, som i uttrycket ”Det där skämtet gick över som en blyballong”? Det beror på att bly helt enkelt är så mycket mer rikligt, vilket i sin tur är kopplat till att det kostar så mycket mindre, vilket innebär att praktiskt taget alla ser, rör och hanterar mycket mer bly än guld under sin livstid.
Densitet i andra överväganden: lavalampor
Lavalampan, som ursprungligen uppfanns under 1970-talet i USA, drar fördel av principerna för densitet för att skapa en milt fascinerande effekt. Olja som är tätare än vatten placeras i en vattenhaltig tank som utgör huvuddelen av lampan. Eftersom det är ”tyngre” sjunker oljan till botten. Men när lampan tänds värms oljan upp, ”lossar”, blir mindre tät och stiger till toppen av vattnet. Den svalnar sedan och sjunker till botten och startar cykeln på nytt.
