I daglig bruk refererer ordet "tetthet" vanligvis til tilstanden av å være tett, som i "trafikken er tett, "eller" den personen er for tett til å forstå deg. "Definisjonen av tetthet (D) i vitenskap er mye mer spesifikk. Det er mengden masse (m) som opptar et bestemt volum (v). Matematisk er D = m / v. Tetthet gjelder materie i fast, flytende og gassform, og - ingen overraskelse her - faste stoffer er tettere enn væsker (vanligvis), og væsker er tettere enn gasser.
På et mikroskopisk nivå er tetthet et mål på hvor tett pakket atomene som utgjør et bestemt stoff er. Hvis to gjenstander har samme volum, er den tettere tyngre fordi flere atomer er pakket sammen i samme rom. Tetthet påvirkes av temperaturen, og den påvirkes også av omgivelsestrykk, selv om disse avhengighetene er mest uttalt i gassform. Tetthetsforskjeller driver verden; livet ville ikke være det samme uten dem.
Tettheten av olje og vann
Vann har en tetthet på 1 kilo per kubikkmeter. Hvis det høres ut som en tilfeldighet, er det ikke det. De metriske masseenhetene er basert på tettheten av vann. De fleste oljer er mindre tette enn vann, og det er derfor de flyter. Når du blander to væsker eller gasser, faller den tettere til bunnen av beholderen, så lenge den ikke oppløses og danner en løsning. Årsaken til dette er enkel. Tyngdekraften utøver en sterkere kraft på et tett materiale. Det at olje ikke løses opp i vann og at den flyter, gjør opprydding mulig etter et stort oljesøl. Arbeidere gjenvinner vanligvis oljen ved å skumme den av vannoverflaten.
Heliumballongen er en anvendelse av tetthet i det virkelige liv
Spreng en ballong med luft fra lungene, og ballongen vil sitte lykkelig på et bord eller en stol til noen kaster den i luften. Selv da kan den flyte på luftstrømmer en stund, men til slutt vil den falle til bakken. Fyll den med samme volum helium, skjønt, og du må binde en streng på den for å hindre at den flyter bort. Det er fordi, i forhold til oksygen- og nitrogenmolekylene i luft, er heliummolekyler veldig lette. Faktisk er helium omtrent 10 ganger mindre tett enn luft. Ballongen ville flyte vekk enda raskere hvis du fylte den med hydrogen, som er mer som 100 ganger mindre tett enn luft, men hydrogengass er svært brannfarlig. Det er derfor de ikke bruker den til å fylle ballonger på karneval.
Tetthetsforskjeller driver luft- og havstrømmer
Tilsett varme til luft, og molekylene flyr rundt med mer energi, og gir mer plass mellom dem. Med andre ord blir luften mindre tett, så den har en tendens til å stige. Imidlertid blir temperaturen i troposfæren kaldere med høyde, så det er mer kald luft i høyere høyder, og den har en tendens til å falle. Den konstante bevegelsen av kald luft som faller og varm luft stiger, skaper luftstrømmer og vind som driver vær på planeten.
Temperaturvariasjoner i havene skaper også tetthetsforskjeller som driver strømmer, men saltholdighetsvariasjoner er like viktige. Sjøvann er ikke jevnt saltvann, og jo mer salt det inneholder, jo tettere er det. Temperatur- og saltholdighetsvariasjoner skaper tetthetsforskjeller som driver lokale virvelstrømmer som i tillegg til dype elver under vann som skaper habitater for marine skapninger og påvirker verden klima.
Tetthetseksempler i laboratoriet
Labforskere er avhengige av tetthetsforskjeller for å skille stoffer i flytende eller fast tilstand. De gjør dette med en sentrifuge, som er en enhet som spinner en blanding så raskt at den skaper en kraft som er flere ganger større enn tyngdekraften. I sentrifugen opplever de tetteste komponentene i en blanding den største kraften og migrerer til utsiden av fartøyet, hvorfra de kan hentes ut.
Tetthet kan også brukes til å identifisere materialer laget av ukjente forbindelser. Fremgangsmåten er å veie materialene og måle volumet de okkuperer, ved hjelp av vannforskyvning eller annen metode. Du finner deretter materialets tetthet ved å bruke ligningen D = m / v, og sammenligne den med de kjente tetthetene til vanlige forbindelser oppført i referansetabeller.