A sűrűség egy objektum fizikai tulajdonsága, amely egyesíti az objektum által elfoglalt teret és az objektumban lévő anyag mennyiségét. Matematikailag a sűrűséget úgy definiáljuk, hogy egy tárgy tömegét elosztjuk a térfogatával. A sűrűség fontos fogalom a fizikában, és sok mindennapi alkalmazással rendelkezik, például elmagyarázza, miért lebeg az italában a jég. A kommunikáció módja némileg függ a hallgatóság életkorától és iskolai végzettségétől, de a sűrűség magyarázatának néhány módja van.
A sűrűség részeinek ismertetése
A sűrűség megértése érdekében először meg kell érteni a sűrűséget alkotó fizikai tulajdonságok összetevőit. A tömeg a tárgyban jelen lévő anyagmennyiség. Gyakran összekeverik a tömeggel, amely a gravitáció egy tárgy tömegére gyakorolt hatásának összefüggő mérése. A tömeg, ha skálán mérjük, a jelen lévő atomok összesített összegét jelenti. A térfogat az a hely, amelyet egy tárgy vagy anyag elfoglal. Egy doboz esetében a térfogatot kiszámítják a szélesség szorzataként a mélységgel és a magassággal. Szabálytalan tárgyak esetében a számítások bonyolultabbá válnak.
A sűrűség magyarázata Archimedessel
Bár hitelessége kétséges, Archimédész története szórakoztató módszer a sűrűség bevezetésére. Archimédészt felbérelték annak megállapítására, hogy a korona tiszta arany-e vagy ezüsttel kevert arany. Fürdés közben Archimédész észreveszi, hogy testtömege és térfogata kiszorította a vizet. Felkiáltott: „Eureka!” és megpróbálta egyenlő tömegű aranyat és ezüstöt vízbe meríteni. Az ezüst több vizet váltott ki, mert kevésbé sűrű volt. Ezután a királyhoz ment, és összehasonlította a koronát egy egyenlő súlyú tiszta arany darabkal. A korona több vizet szorított ki, mint a tiszta arany, és így csalás volt.
A sűrűség elmagyarázása lifttel
A sűrűség gondolatkísérlettel is megmagyarázható. Képzeljen el egy liftet, amelyen egy személy van. A lift felmegy néhány emeletre, és felvesz még két embert. Amint felemelkedik az épület tetejére, egyre többen szállnak fel a liftre, amíg nagyon nem zsúfolt tizenöt ember. A lifttér belsejében a tér, annak térfogata soha nem lesz nagyobb. Ahogy minden új ember felszáll, a liftben a teljes tömeg növekszik, és az emberek közötti tér egyre kisebb lesz, mint a nagy sűrűségű tárgy atomjai. A lift sűrűsége növekszik, és gondolatkísérletünk során összegyűjti az embereket.
A sűrűség elmagyarázása lebegő tárgyakkal
A sűrűség magyarázatának vizuális módja egy lebegő tárgy vizsgálata. Jég vagy parafadarab lebeg egy pohár vízben. Először megkérdezheti a hallgatóságot, hogy fontolja meg, miért lebegnek egyes tárgyak, és más tárgyak miért süllyednek el. A válasz természetesen a sűrűség. A gravitáció minden tárgyat meghúz, és a szilárd tárgyak, amelyek sűrűbbek, mint a szuszpendált folyadék, a folyadékon keresztül a föld felé húzódnak, azaz elsüllyednek. Ellenben, ha egy szilárd tárgy sűrűsége kisebb, mint a folyadék, a folyadék alátámasztja, és a gravitációs erő nem lesz elegendő ahhoz, hogy süllyedjen.