U svakodnevnoj upotrebi riječ "gustoća" obično se odnosi na stanje gustoće, kao u "promet je gusta, "ili" ta je osoba pregusta da bi vas razumjela. "Definicija gustoće (D) u znanosti je puno veća specifično. To je količina mase (m) koja zauzima određeni volumen (v). Matematički, D = m / v. Gustoća se odnosi na materiju u krutom, tekućem i plinovitom stanju, i - ovdje ne čudi - čvrste su tvari gušće od tekućina (obično), a tekućine su gušće od plinova.
Na mikroskopskoj razini gustoća je mjera koliko su tijesno upakirani atomi koji čine određenu tvar. Ako dva predmeta zauzimaju isti volumen, gušći je teži jer je više atoma spakirano zajedno u isti prostor. Na gustoću utječe temperatura, a utječe i pritisak okoline, iako su te ovisnosti najizraženije u plinovitom stanju. Razlike u gustoći pokreću svijet; život ne bi bio isti bez njih.
Gustoća ulja i vode
Voda ima gustoću od 1 kilograma po kubnom metru. Ako to zvuči slučajno, nije. Metričke jedinice mase temelje se na gustoći vode. Većina ulja je manje gusta od vode i zato plutaju. Kad god pomiješate dvije tekućine ili plinove, gušća padne na dno posude, sve dok se ne otopi i ne stvori otopinu. Razlog tome je jednostavan. Gravitacija vrši jaču silu na gusti materijal. Činjenica da se ulje ne otapa u vodi i da pluta omogućuje čišćenje nakon velikog izlijevanja nafte. Radnici ulje obično obnavljaju skidanjem s površine vode.
Helijev balon je primjena gustoće u stvarnom životu
Puhajte balon zrakom iz pluća, a balon će sretno sjediti na stolu ili stolici dok ga netko ne baci u zrak. Čak i tada, neko vrijeme može plutati zračnim strujama, ali na kraju će pasti na tlo. Napunite ga istim volumenom helija, a na njemu morate vezati konop kako ne bi plutao. To je zato što su u usporedbi s molekulama kisika i dušika u zraku molekule helija vrlo lagane. Zapravo, helij je približno 10 puta manje gust od zraka. Balon bi otplutao još brže ako biste ga napunili vodikom, koji je više poput 100 puta manje gustoće od zraka, ali plin vodik je vrlo zapaljiv. Zato ga ne koriste za punjenje balona na karnevalima.
Razlike u gustoći pokreću zračne i oceanske struje
Zraku dodajte toplinu i molekule lete okolo s više energije, stvarajući više prostora između njih. Drugim riječima, zrak postaje manje gust, pa ima tendenciju porasta. Međutim, temperatura u troposferi s visinom postaje hladnija, pa na višim nadmorskim visinama ima više hladnog zraka i ima tendenciju pada. Neprestano kretanje hladnog zraka koji pada i topli zrak raste, stvara zračne struje i vjetrove koji pokreću vrijeme na planeti.
Varijacije temperature u oceanima također stvaraju razlike u gustoći koje pokreću struje, ali varijacije slanosti su jednako važne. Morska voda nije jednoobrazno slana i što više soli sadrži, to je gušća. Varijacije temperature i slanosti stvaraju razlike u gustoći koje pokreću lokalne vrtložne struje kao kao i duboke podvodne rijeke koje stvaraju staništa za morska bića i utječu na svijet klima.
Primjeri gustoće u laboratoriju
Laboratorijski istraživači ovise o razlikama gustoće kako bi odvojili tvari u tekućem ili krutom stanju. To čine centrifugom, koja je uređaj koji smjesu zavrti tako brzo da stvara silu koja je nekoliko puta veća od sile gravitacije. U centrifugi, najgušće komponente smjese imaju najveću silu i migriraju na vanjsku stranu posude, odakle se mogu dohvatiti.
Gustoća se također može koristiti za identifikaciju materijala izrađenih od nepoznatih spojeva. Postupak je vaganje materijala i mjerenje volumena koji zauzimaju, istiskivanjem vode ili nekom drugom metodom. Zatim pronađite gustoću materijala pomoću jednadžbe D = m / v i usporedite je s poznatim gustoćama uobičajenih spojeva navedenih u referentnim tablicama.