У повсякденному вживанні слово "щільність" зазвичай позначає стан щільності, як у "трафік є "або" ця людина занадто щільна, щоб зрозуміти вас. "Визначення щільності (D) у науці набагато більше конкретні. Це кількість маси (м), яка займає певний об’єм (v). Математично, D = m / v. Щільність стосується речовини у твердому, рідкому та газоподібному стані, і - тут не дивно - тверді речовини щільніше рідин (зазвичай), а рідини щільніше газів.
На мікроскопічному рівні щільність - це міра того, наскільки щільно упаковані атоми, що складають певну речовину. Якщо два об'єкти займають однаковий об'єм, то щільніший важчий, оскільки більше атомів упаковано разом в одному просторі. На щільність впливає температура, а також на навколишній тиск, хоча ці залежності найбільш виражені в газоподібному стані. Відмінності щільності рухають світом; життя без них не було б таким же.
Густина нафти та води
Вода має щільність 1 кілограм на кубічний метр. Якщо це звучить як випадковість, це не так. Метричні одиниці маси засновані на щільності води. Більшість масел менш щільні, ніж вода, і тому вони плавають. Кожного разу, коли ви змішуєте дві рідини або гази, щільніша падає на дно ємності, якщо вона не розчиняється і не утворює розчину. Причина цього проста. Гравітація надає сильнішу силу на щільний матеріал. Той факт, що нафта не розчиняється у воді і що вона плаває, робить можливим очищення після великого розливу нафти. Зазвичай робітники відновлюють нафту, скидаючи її з поверхні води.
Гелієва куля - це застосування щільності в реальному житті
Підробіть повітряну кульку з легенів, і повітряна куля буде щасливо сидіти на столі або стільці, поки хтось не кине її в повітря. Навіть тоді він може деякий час плавати на повітряних потоках, але врешті-решт впаде на землю. Наповніть його тим же об’ємом гелію, і вам доведеться зав’язати на ньому нитку, щоб вона не відпливала. Це тому, що в порівнянні з молекулами кисню та азоту в повітрі молекули гелію дуже легкі. Насправді гелій приблизно в 10 разів менш щільний, ніж повітря. Аеростат відплив би ще швидше, якби ви наповнили його воднем, який більше схожий на повітря в 100 разів, але газоподібний водень є легкозаймистим. Тому вони не використовують його для наповнення повітряних куль на карнавалах.
Різниця щільності рухає повітряні та океанські течії
Додайте тепла до повітря, і молекули літають з більшою кількістю енергії, роблячи більше простору між ними. Іншими словами, повітря стає менш щільним, тому має тенденцію до підйому. Однак температура в тропосфері з висотою стає холоднішою, тому на більших висотах стає більше холодного повітря, і вона має тенденцію до падіння. Постійний рух холодного повітря, що падає, і теплого, що піднімається, створює повітряні потоки та вітри, які рухають погоду на планеті.
Коливання температур в океанах також створюють різницю щільності, яка рухає течії, але коливання солоності так само важливі. Морська вода не є рівномірно солоною, і чим більше солі вона містить, тим вона щільніша. Коливання температури та солоності створюють різницю щільності, яка приводить у дію місцеві вихрові струми а також глибокі підводні річки, які створюють середовища існування для морських істот і впливають на світ клімат.
Приклади щільності в лабораторії
Лабораторні дослідники залежать від різниці щільності для виділення речовин у рідкому або твердому стані. Вони роблять це за допомогою центрифуги, яка є пристроєм, який так швидко обертає суміш, що створює силу, яка в кілька разів більша за силу тяжіння. У центрифузі найщільніші компоненти суміші відчувають найбільшу силу і мігрують назовні посудини, звідки їх можна отримати.
Щільність також можна використовувати для ідентифікації матеріалів, виготовлених з невідомих сполук. Процедура полягає у зважуванні матеріалів та вимірюванні об’єму, який вони займають, за допомогою витіснення води або якимось іншим способом. Потім ви знаходите щільність матеріалу, використовуючи рівняння D = m / v, і порівнюєте його з відомими щільностями звичайних сполук, перелічених у довідкових таблицях.