הקשר בין המסה, נפח וצפיפות

מסה, נפח וצפיפות הם שלושה מהתכונות הבסיסיות ביותר של האובייקט. מסה היא כמה כבד משהו, נפח אומר לך כמה הוא גדול, והצפיפות מחולקת בנפח. למרות שמסה ונפח הם תכונות שאתה מתמודד איתן מדי יום, הרעיון של צפיפות הוא קצת פחות ברור ומתייחס היטב. עם זאת, ברגע שאתה מקבל את העניין, צפיפות היא שימושית מאוד.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

נפח הוא גודל העצם והמסה היא משקלו. כדי לקבל צפיפות, חלק את המסה בנפח. לדוגמא, לבנה עופרת, 5 ס"מ x 2 ס"מ x 10 ס"מ, שוקלת 1,134 גרם. נפח הלבנים הוא 5 x 2 x 10 = 100 ס"מ מעוקב. חלקו 1,134 ב- 100 כדי לקבל את צפיפות העופרת, 11.34 גרם לקוביות.

המסה אינה מובנת לחלוטין, ולכן היא מוגדרת בשתי דרכים שונות מאוד: מסה אינרציאלית מודדת עד כמה חזק אובייקט מתנגד לתאוצה, בעוד שמסת הכבידה מודדת עד כמה עצם מושך דברים אחרים אליהם את עצמה. לא ברור מדוע שני סוגי המסה השונים זהים, אך ניסויים מאשרים שהם כן. באופן קפדני, סולם מודד משקל, אך בדרך כלל ניתן לחשוב על משקל ומסה כאותו הדבר.

נפח מודד את הגודל המרחבי של אובייקט. למרות שהנוסחה המשמשת לחישוב הנפח תלויה בצורתה ויכולה להיות מורכבת, אתה יכול לחשוב עליה בדרך כלל כעל רוחב כפול גובה כפול אורך. מדידת נפח האובייקט יכולה לפעמים להיות קלה יותר מחישובו. הכנסת אותו למיכל מים גדול ומדידת עליית מפלס המים יכולה למצוא במהירות את הנפח, לא משנה באיזו צורה.

צפיפות מחושבת על ידי חלוקת מסת האובייקט בנפחו. צפיפות פחות אינטואיטיבית ממסה או נפח, אך אם אי פעם הרמת חפץ ומצאת אותו הרבה יותר קל או כבד ממה שציפית, זה בגלל שצפיפותו אינה מה שחשבת. בדרך כלל לא ניתן למדוד את הצפיפות ויש לחשב אותה לאחר קביעת המסה והנפח. לעתים משתמשים בצפיפות לתיאור כמויות אחרות המחולקות לפי נפח, כמו צפיפות אנרגיה.

מדענים ומהנדסים משתמשים לעתים קרובות בצפיפות, מכיוון שהיא שימושית לחישוב תכונות האובייקט ולזיהוי החומרים מהם עשוי האובייקט. צפיפותם של אלפי חומרים, כולל מתכות, פלסטיק ועוד, ידועה. בטמפרטורת החדר ולחץ, הצפיפות של חומר נתון כמעט תמיד קבועה - מסמר ברזל ועוגן סירות ברזל שניהם בעלי אותה צפיפות, אם כי הם דברים שונים מאוד. לאחר חישוב צפיפות האובייקט, מדען יכול לחפש את הערך בטבלה ובמקרים רבים לקבוע במדוייק ממה עשוי האובייקט.

אחת הדוגמאות המפורסמות ביותר לחישוב צפיפות היא סיפורו של ארכימדס וכתר הזהב. מלך ביקש מארכימדס לקבוע אם הכתר החדש שלו עשוי זהב טהור, אך מבלי לפגוע בו בשום צורה שהיא. ארכימדס הבין שעל ידי השקעת הכתר במים, הוא יכול לקבוע את נפחו ולכן את צפיפותו. בדרך זו הוא הוכיח שהכתר אינו זהב טהור, אך יש בו מתכות זולות יותר.