При ежедневна употреба думата "плътност" обикновено се отнася до състоянието на гъстота, както при "трафикът е "или" този човек е твърде плътен, за да ви разбере. "Определението за плътността (D) в науката е много повече специфични. Това е количеството маса (m), което заема определен обем (v). Математически, D = m / v. Плътността се отнася за материята в твърдо, течно и газообразно състояние и - тук няма изненада - твърдите вещества са по-плътни от течностите (обикновено), а течностите са по-плътни от газовете.
На микроскопично ниво плътността е мярка за това колко плътно са опаковани атомите, съставляващи определено вещество. Ако два обекта заемат един и същ обем, по-плътният е по-тежък, защото повече атоми са събрани заедно в едно и също пространство. Плътността се влияе от температурата и също така се влияе от околното налягане, въпреки че тези зависимости са най-изразени в газообразно състояние. Разликите в плътността движат света; животът не би бил същият без тях.
Плътността на маслото и водата
Водата има плътност от 1 килограм на кубичен метър. Ако това звучи като съвпадение, не е така. Метричните единици за маса се основават на плътността на водата. Повечето масла са по-малко плътни от водата и затова те плават. Винаги, когато смесите две течности или газове, по-плътният пада на дъното на контейнера, стига да не се разтвори и да образува разтвор. Причината за това е проста. Гравитацията упражнява по-силна сила върху плътен материал. Фактът, че маслото не се разтваря във вода и че плава, прави почиствания възможни след голямо разливане на масло. Обикновено работниците възстановяват маслото, като го отстраняват от повърхността на водата.
Хелиевият балон е приложение на плътността в реалния живот
Издухайте балон с въздух от дробовете си и балонът ще седне щастливо на маса или стол, докато някой не го хвърли във въздуха. Дори тогава той може да се носи по въздушни течения за известно време, но в крайна сметка ще падне на земята. Напълнете го със същия обем хелий и трябва да завържете връв върху него, за да не изплува. Това е така, защото в сравнение с кислородните и азотните молекули във въздуха, хелиевите молекули са много леки. Всъщност хелийът е приблизително 10 пъти по-малко плътен от въздуха. Балонът ще изплува още по-бързо, ако го напълните с водород, който е по-скоро 100 пъти по-малко плътен от въздуха, но водородният газ е лесно запалим. Ето защо те не го използват за пълнене на балони на карнавали.
Разликите в плътността задвижват въздушните и океанските течения
Добавете топлина към въздуха и молекулите летят наоколо с повече енергия, правейки повече пространство между тях. С други думи, въздухът става по-малко плътен, така че има тенденция да се издига. Въпреки това, температурата в тропосферата става по-студена с надморска височина, така че има повече студен въздух при по-високи височини и има тенденция да пада. Постоянното движение на падащ студен въздух и издигане на топъл въздух създава въздушни течения и ветрове, които движат времето на планетата.
Температурните вариации в океаните също създават разлики в плътността, които задвижват течения, но вариациите на солеността са също толкова важни. Морската вода не е равномерно физиологична и колкото повече сол съдържа, толкова по-плътна е. Промените в температурата и солеността създават разлики в плътността, които задвижват местните вихрови токове като както и дълбоки подводни реки, които създават местообитания за морски същества и засягат света климат.
Примери за плътност в лабораторията
Лабораторните изследователи зависят от разликите в плътността, за да разделят веществата в течно или твърдо състояние. Те правят това с центрофуга, която е устройство, което върти сместа толкова бързо, че създава сила, която е няколко пъти по-голяма от силата на гравитацията. В центрофугата най-плътните компоненти на сместа изпитват най-голяма сила и мигрират към външната страна на съда, откъдето могат да бъдат извлечени.
Плътността може да се използва и за идентифициране на материали, направени от неизвестни съединения. Процедурата е да се претеглят материалите и да се измери обемът, който заемат, като се използва водоизместване или някакъв друг метод. След това намирате плътността на материала, като използвате уравнението D = m / v, и го сравнявате с известните плътности на обикновените съединения, изброени в референтните таблици.