ถ้าเพื่อนของคุณให้น้ำแข็งแข็งหนึ่งถ้วยแก่คุณ และอีกอันให้น้ำของเหลวหนึ่งถ้วยแก่คุณ อันไหนหนักกว่ากัน
สัญชาตญาณของเราบางครั้งคิดว่าของแข็งนั้นหนักกว่า แต่แท้จริงแล้วน้ำที่เป็นของเหลวมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำที่เป็นของแข็ง เมื่อรู้วิธีคำนวณน้ำหนักจากความหนาแน่น เราจะเห็นได้อย่างรวดเร็วว่าถ้วยน้ำนั้นหนักกว่า
ความหนาแน่นคืออะไร?
ความหนาแน่นของสารบางชนิดบอกเราว่าสารมีความหนาแน่นหรือกระจายตัวอย่างไร เราสามารถอธิบายความหนาแน่นของปริมาตร ความหนาแน่นของมวล หรือความหนาแน่นชนิดอื่นๆ ได้
ตัวอย่างเช่น นักวางผังเมืองมักคิดถึงความหนาแน่นที่แตกต่างกัน เช่น ที่ว่างหรือร้านขายของ เพื่อหาว่าจะสร้างอาคารบางแห่งได้ที่ไหน
โดยทั่วไป ความหนาแน่นมักจะเป็นปริมาณ เช่น มวล หารด้วยพื้นที่หรือปริมาตร
ความหนาแน่นของน้ำหนักจึงอธิบายวิธีการกระจายน้ำหนักของวัตถุบางอย่างในบางพื้นที่หรือปริมาตร เป็นไปได้มากที่คุณจะใช้ความหนาแน่นของมวล เนื่องจากมวลและน้ำหนักสัมพันธ์กันด้วยความเร่งของแรงโน้มถ่วง ซึ่ง สามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับว่าคุณอยู่ที่ไหนบนพื้นผิวโลก (และยิ่งกว่านั้นหากคุณอยู่คนละที่ ดาวเคราะห์!).
เคล็ดลับ
ความหนาแน่นของวัตถุอธิบายว่าการแผ่ขยายของวัตถุมีขนาดกะทัดรัดเพียงใด ความหนาแน่นของน้ำหนักอธิบายการกระจายน้ำหนักของวัตถุ ในบางพื้นที่หรือปริมาตร
ตัวอย่างสูตรความหนาแน่นในวิชาเคมี
สมมติว่าห้องปฏิบัติการของเรามีสารประกอบสองชนิด: A และ B สารประกอบ A คือลูกบอลที่มีปริมาตร 30 ซม.3 และมีมวล 50 กรัม สารประกอบ B เป็นลูกบาศก์ที่สมบูรณ์แบบที่มีด้านวัดได้ 6 ซม. และมีความหนาแน่นมวล 500 กก./ม.3. สารประกอบ A มีความหนาแน่นเท่าใด และสารประกอบใดมีน้ำหนักมากกว่า
เราสามารถคำนวณความหนาแน่นมวลของสารประกอบ A ได้อย่างรวดเร็ว:
\text{ความหนาแน่นของ A}=\frac{50\text{ g}}{30\text{ cm}^3}=1.667\text{ g/cm}^3
แต่เพื่อเปรียบเทียบความหนาแน่นของ A และ B เราต้องแปลงความหนาแน่นให้เป็นหน่วยเดียวกัน
แปลงจาก kg/m3 เป็น g/cm3เราจำเป็นต้องใช้การแปลง: 1 m3 = 1,000,000 ซม.3 และ 1 กก. = 1,000 กรัม ดังนั้น ความหนาแน่นมวลของสารประกอบ B คือ 0.5 g/cm3. ตอนนี้เราสามารถเปรียบเทียบความหนาแน่นมวลและสังเกตว่าสารประกอบ B มีความหนาแน่นน้อยกว่าสารประกอบ A
การบัญชีสำหรับน้ำหนัก
เราต้องคำนวณน้ำหนักของสารประกอบแต่ละอย่างจากมวลและความเร่งของแรงโน้มถ่วงเพื่อหาคำตอบ เรารู้ว่ามวลของสารประกอบ A ซึ่งเท่ากับ 0.05 กก. จึงมีน้ำหนักเป็นนิวตัน 0.05 กก. × 9.8 เมตร/วินาที2= 0.49 น.
แต่สำหรับสารประกอบ B เราต้องคำนวณปริมาตรที่มันครอบครอง จากนั้นเป็นมวลจากความหนาแน่นของมวล เราสามารถคำนวณปริมาตรของสารประกอบ B ได้เพราะมันเป็นลูกบาศก์ที่สมบูรณ์แบบ: ปริมาตรคือ (6 ซม.)3 = 216 ซม.3.
น้ำหนักของสารประกอบ B คือปริมาตรคูณความหนาแน่น: 216 cm3 คูณ 0.5 กรัม/ซม.3, หรือ 108 ก. น้ำหนักจึงเท่ากับ 0.108 กก. คูณ 9.8 ม./วินาที2, หรือ 1.07 น.
ความแตกต่างระหว่างมวลและน้ำหนัก
น้ำหนักคือปริมาณที่อธิบายแรงโน้มถ่วงบนวัตถุเนื่องจากมวลของมัน และความเร่งของแรงโน้มถ่วงในท้องถิ่น ดังนั้น น้ำหนักของวัตถุสามารถเปลี่ยนแปลงได้หากคุณเคลื่อนย้ายวัตถุจากหุบเขาไปยังยอดภูเขาสูง เนื่องจากความเร่งของแรงโน้มถ่วงจะลดลงเมื่อเราเคลื่อนตัวออกจากแกนโลก
อย่างไรก็ตาม มวลสามารถเปลี่ยนแปลงได้ก็ต่อเมื่อวัตถุถูกเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและนำสสารบางส่วนออกไป
สิ่งสำคัญคือต้องจำความแตกต่างระหว่างมวลและน้ำหนัก