Dichtheid is een fundamenteel concept in fysica en engineering. Het is niet alleen nauw verbonden met de massa van een object, maar dichtheid is ook van cruciaal belang om te bepalen of iets zal drijven wanneer het op het oppervlak van een vloeistof wordt geplaatst. Hoewel densiteit op dezelfde manier niet belangrijk kan zijn als de fundamentele krachten, is het nog steeds een van de belangrijkste dingen die je over een stof kunt weten.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Dichtheid wordt gedefinieerd als ρ = m ÷ V, waarbij ρ dichtheid is, m massa is en V volume is. Dichtheid is belangrijk tijdens het sporten als er iets in water drijft, en het kan ook nuttig zijn voor het berekenen van de massa van een bepaald volume van een stof.

Wat is dichtheid?

Dichtheid is de massa van een stof per volume-eenheid. In de vorm van een vergelijking betekent dit:

ρ = m ÷ V

De Griekse letter rho, ρ, wordt traditioneel gebruikt om de dichtheid weer te geven; m is de mis; en V is het volume. De dichtheideenheden zijn kg per kubieke meter, of iets vergelijkbaars in andere eenheden, zoals pond per kubieke voet.

Water is een goed voorbeeld van dichtheid, omdat de dichtheid bij dagelijks gebruik in de buurt ligt van 1.000 kg /kubieke meter of 1 g /kubieke centimeter. Roestvast staal heeft daarentegen een dichtheid van 8.000 kg /kubieke meter. Dit past bij de alledaagse ervaring, omdat een blok roestvrij staal zwaarder is dan een blok water van gelijke grootte.

Je kunt de dichtheid van iets veranderen door het in volume te comprimeren (dwz het volume te verminderen) of te vergroten de hoeveelheid massa binnen hetzelfde volume.

Dichtheid in Algemeen

Hoewel dichtheid meestal verwijst naar massa per volume-eenheid, kan in sommige situaties de term anders worden gebruikt. De "aantaldensiteit" van objecten is bijvoorbeeld het aantal van wat u binnen een eenheid van volume aan het tellen bent. De ladingsdichtheid is de hoeveelheid elektrische lading per volume-eenheid. Bevolkingsdichtheid wordt ook gebruikt als een maat voor het aantal mensen per oppervlakte-eenheid of volume. Over het algemeen betekent dichtheid de hoeveelheid iets binnen een bepaalde hoeveelheid ruimte.

Het belang van dichtheid: drijfvermogen

Dichtheid is van evident belang als het gaat om het drijfvermogen van objecten. In het algemeen, als iets dichter is dan water (met een dichtheid van meer dan 1.000 kg /kubieke meter), zal het zinken, maar als iets een lagere dichtheid heeft dan water, zal het zweven.

Meer technisch zal iets beginnen zweven wanneer het gewicht van het water dat het verplaatst (als gevolg van het contactoppervlak met het water en hoe ver het water naar beneden duwt) overeenkomt met het gewicht van het object, maar als dit nooit gebeurt zal het zinken. Als het object dichter is dan water (bijvoorbeeld een blok staal), kan het gewicht van het water dat het verplaatst nooit overeenkomen met het gewicht van het object, dus het zal blijven zinken.

Aluminium is een goede voorbeeld. Het is dichter dan water, maar een stuk uitgestrekte aluminiumfolie drijft op water vanwege het grote oppervlak dat contact maakt met het water. Als u echter dezelfde hoeveelheid folie in een bal rolt, wordt het contactoppervlak met het water veel kleiner en wordt de massa daarboven geconcentreerd, waardoor de grotere dichtheid van aluminium wint en de folie zakt. Dit is de reden waarom boten gemaakt van dichtere materialen dan water zweven, hoewel een enkel blok van het materiaal zal zinken: de hele structuur heeft een lagere dichtheid dan het blok omdat het veel lucht of minder dicht materiaal bevat.

Het verschil in dichtheid is ook waarom olie op het wateroppervlak drijft. De dichtheid van oliën varieert van ongeveer 0,91 tot 0,93 g per kubieke centimeter, net minder dan de dichtheid van water. Je kunt op deze eenvoudige basis vele experimenten uitvoeren, die aantonen dat meer dichte vloeistoffen naar de bodem van een container met water zullen zinken, terwijl minder dichte vloeistoffen zullen drijven.

Het belang van dichtheid: Massaboekjes berekenen

Omdat dichtheid en massa zo nauw met elkaar verbonden zijn, kunt u eenvoudig de massa van een bepaalde hoeveelheid van een stof berekenen, op voorwaarde dat u de dichtheid en het volume van de stof kent. Dit kan handig zijn in engineering en andere toepassingen. Gebruik de eenvoudige formule:

m = ρ × V

Om de massa van de stof te berekenen. Bijvoorbeeld, bij gebruik van de eerder geciteerde dichtheid van staal, heeft 0,5 kubieke meter staal de volgende massa:

m = ρ × V = 8.000 kg /kubieke meter × 0.5 kubieke meter = 4.000 kg

Dit is handig in veel verschillende situaties. Als u bijvoorbeeld weet hoeveel ruimte er in een bestelwagen is en wat de maximale veilige lading is die het busje kan dragen, kunt u uitzoeken of het vullen met een specifiek materiaal veilig is. Je zou ook de ρ = m ÷ V-versie van de vergelijking kunnen gebruiken om uit te zoeken wat het dichtste materiaal is dat je veilig zou kunnen transporteren.