Η πυκνότητα είναι μια φυσική ιδιότητα ενός αντικειμένου που συνδυάζει το χώρο που καταλαμβάνει ένα αντικείμενο και την ποσότητα της ύλης που υπάρχει στο αντικείμενο. Μαθηματικά, η πυκνότητα ορίζεται ως η μάζα ενός αντικειμένου διαιρούμενο με τον όγκο του. Η πυκνότητα είναι μια σημαντική έννοια στη φυσική και έχει πολλές καθημερινές εφαρμογές, όπως εξηγώντας γιατί επιπλέει ο πάγος στο ποτό σας. Ο τρόπος με τον οποίο επικοινωνείτε η ιδέα εξαρτάται κάπως από την ηλικία και το επίπεδο εκπαίδευσης του κοινού σας, αλλά υπάρχουν μερικοί τρόποι προσέγγισης που εξηγούν την πυκνότητα.
Εξηγώντας τα μέρη της πυκνότητας
Για να κατανοήσουμε την πυκνότητα, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πρώτα τις φυσικές ιδιότητες των συστατικών που συνθέτουν την πυκνότητα. Η μάζα είναι η ποσότητα της ύλης που υπάρχει σε ένα αντικείμενο. Συχνά συγχέεται με το βάρος, που είναι μια σχετική μέτρηση των επιπτώσεων της βαρύτητας στη μάζα ενός αντικειμένου. Η μάζα, ενώ μετριέται σε μια κλίμακα, αντιπροσωπεύει το συνολικό άθροισμα των ατόμων που υπάρχουν. Ο όγκος είναι ο χώρος που καταλαμβάνει ένα αντικείμενο ή μια ουσία. Για ένα κουτί, ο όγκος υπολογίζεται ως πλάτος πολλαπλασιασμένος επί βάθους και ύψους. Για ακανόνιστα αντικείμενα, οι υπολογισμοί γίνονται πιο περίπλοκοι.
Εξηγώντας την πυκνότητα με τον Αρχιμήδη
Παρόλο που είναι αμφίβολο ως προς την αυθεντικότητά του, η ιστορία του Αρχιμήδη είναι ένας διασκεδαστικός τρόπος για την εισαγωγή της πυκνότητας. Ο Αρχιμήδης προσλήφθηκε για να προσδιορίσει εάν ένα στέμμα ήταν καθαρός χρυσός ή χρυσός αναμεμειγμένος με ασήμι. Καθώς έκανε μπάνιο, ο Αρχιμήδης παρατηρεί ότι η μάζα και ο όγκος του σώματος αντικατέστησαν το νερό. Αναφώνησε «Eureka!» και προσπάθησα να βυθίσουμε ίσες μάζες χρυσού και αργύρου σε νερό. Το ασήμι μετατόπισε περισσότερο νερό, επειδή ήταν λιγότερο πυκνό. Στη συνέχεια πήγε στον βασιλιά και συνέκρινε το στέμμα με ένα κομμάτι καθαρού χρυσού ίσου βάρους. Το στέμμα εκτόπισε περισσότερο νερό από τον καθαρό χρυσό και, επομένως, ήταν απάτη.
Εξηγώντας την πυκνότητα με έναν ανελκυστήρα
Η πυκνότητα μπορεί επίσης να εξηγηθεί με ένα πείραμα σκέψης. Φανταστείτε έναν ανελκυστήρα με ένα άτομο πάνω του. Ο ανελκυστήρας ανεβαίνει μερικούς ορόφους και παραλαμβάνει δύο ακόμη άτομα. Καθώς ανεβαίνει στην κορυφή του κτιρίου, όλο και περισσότεροι άνθρωποι ανεβαίνουν στο ασανσέρ μέχρι να είναι πολύ γεμάτοι με δεκαπέντε άτομα. Ο χώρος μέσα στο αυτοκίνητο του ανελκυστήρα, ο όγκος του, δεν μεγαλώνει ποτέ. Καθώς κάθε νέο άτομο μπαίνει, η συνολική μάζα στο ασανσέρ αυξάνεται και ο χώρος μεταξύ των ανθρώπων γίνεται όλο και μικρότερος, όπως τα άτομα σε ένα αντικείμενο υψηλής πυκνότητας. Η πυκνότητα του ανελκυστήρα γίνεται μεγαλύτερη καθώς ανεβαίνει και συλλέγει ανθρώπους στο πείραμα της σκέψης μας.
Εξηγώντας την πυκνότητα με αιωρούμενα αντικείμενα
Ένας οπτικός τρόπος για να εξηγήσετε την πυκνότητα είναι με την εξέταση ενός κυμαινόμενου αντικειμένου. Ο πάγος ή ένα κομμάτι φελλού επιπλέει σε ένα ποτήρι νερό. Μπορείτε να ξεκινήσετε ζητώντας από το κοινό σας να σκεφτεί γιατί κάποια αντικείμενα επιπλέουν και άλλα αντικείμενα βυθίζονται. Η απάντηση, φυσικά, είναι η πυκνότητα. Η βαρύτητα τραβάει όλα τα αντικείμενα και στερεά αντικείμενα που είναι πυκνότερα από το ρευστό στο οποίο αιωρούνται θα τραβηχτούν μέσω αυτού του υγρού προς το έδαφος, δηλαδή θα βυθιστούν. Αντίθετα, εάν η πυκνότητα ενός στερεού αντικειμένου είναι μικρότερη από το ρευστό, το υγρό θα το στηρίξει και η δύναμη της βαρύτητας δεν θα είναι αρκετή για να το βυθίσει.