หนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญของวัตถุคือความหนาแน่น หรือเรียกอีกอย่างว่า ความเค้น ความหนาแน่นเนีย. คำศัพท์ที่เจ๋งกว่านั้นคือ ความหนาแน่น ความหนาแน่นคืออัตราส่วนของมวลต่อปริมาตรของสาร ในทางคณิตศาสตร์เขียนได้ดังนี้:
ρ = เมตร/โวลต์
(ρ อ่านว่า “โร”) เป็นอักษรกรีกที่ใช้กันทั่วไปในการแสดงความหนาแน่น m คือมวล และ V คือปริมาตร
ระบบหน่วยสากล ความหนาแน่น คือ กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (กก./ม.³)3สำหรับหน่วย CGS ซึ่งได้แก่ เซนติเมตร กรัม และวินาที หน่วยความหนาแน่นจะแสดงเป็นกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (gr/cm³)3).
ต่อไปนี้เป็นข้อมูลความหนาแน่นของวัตถุหลายชิ้น
ความหนาแน่นของวัตถุที่ระบุในตารางด้านบน คือความหนาแน่นของวัตถุที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียสo C และความดัน 1 บรรยากาศ (atm = หน่วยของความดัน)
ความหนาแน่นของอากาศและของเหลว
ความหนาแน่นของของเหลวแตกต่างจากความหนาแน่นของของแข็ง เหล็กหรือไม้มีความหนาแน่นเท่ากันทุกส่วน ซึ่งแตกต่างจากของเหลว เช่น อากาศหรือน้ำ อากาศยิ่งสูงเหนือระดับน้ำทะเล ความหนาแน่นยิ่งต่ำลง เนื่องจากแรงโน้มถ่วงลดลงตามความสูง ยิ่งสูงขึ้น แรงโน้มถ่วงยิ่งน้อยลง ดังนั้นปริมาณอากาศที่ถูกดึงเข้ามาจึงลดลงด้วย ปริมาณอากาศใกล้ระดับน้ำทะเลมีมากกว่าปริมาณอากาศบนยอดเขา ในพื้นที่หรือปริมาตรเดียวกัน อากาศใกล้ทะเลมีมวลมากกว่า ดังนั้นจึงมีความหนาแน่นมากกว่า ในทางกลับกัน อากาศบนยอดเขามีมวลน้อยกว่า ดังนั้นจึงมีความหนาแน่นน้อยกว่า ยิ่งไกลจากระดับน้ำทะเล ความหนาแน่นของอากาศยิ่งต่ำลง
แล้วความหนาแน่นของน้ำ เช่น น้ำทะเล ล่ะ? อากาศประกอบด้วยอะตอมหรือโมเลกุลที่แยกจากกันและเคลื่อนที่ได้ ดังนั้นปริมาณอากาศจึงได้รับอิทธิพลอย่างมากจากความแรงของแรงโน้มถ่วงที่ดึงดูดมัน ในทางกลับกัน โมเลกุลของน้ำไม่ได้อยู่โดดเดี่ยวและไม่แยกจากกัน พวกมันยึดติดกันและไม่เคลื่อนที่ได้ง่าย ดังนั้นจำนวนโมเลกุลของน้ำที่ผิวน้ำทะเลจึงไม่แตกต่างจากจำนวนโมเลกุลของน้ำที่ก้นทะเลมากนัก ดังนั้นความหนาแน่นของน้ำทะเลที่ผิวน้ำจึงเกือบเท่ากับความหนาแน่นของน้ำทะเลที่ก้นทะเล แม้ว่าระดับความสูงจะแตกต่างกันก็ตาม
ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและปริมาตรต่อความหนาแน่นของของเหลว
วัตถุทุกชนิดจะขยายตัว (ปริมาตรเพิ่มขึ้น) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น และจะหดตัว (ปริมาตรลดลง) เมื่ออุณหภูมิลดลง ยกเว้นน้ำที่อุณหภูมิ 0-4 องศาเซลเซียสตัวอย่างต่อไปนี้จะอธิบายเรื่องนี้ คุณเคยเจอเหตุการณ์ที่ล้อรถจักรยานยนต์ที่จอดอยู่แบนทั้งๆ ที่ไม่มีรอยรั่วหรือไม่? ล้อรถจักรยานยนต์แบนเพราะปริมาตรอากาศภายในล้อลดลง ปริมาตรอากาศลดลงเพราะอุณหภูมิอากาศลดลง ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิอากาศเย็นจัด อีกตัวอย่างหนึ่ง ลองเป่าลูกโป่งยางจนพอง แล้วมัดปากลูกโป่งไม่ให้อากาศรั่วออก นำลูกโป่งไปตากในที่ร้อน สังเกตสิ่งที่เกิดขึ้นกับลูกโป่ง! ลูกโป่งจะแตกเพราะปริมาตรอากาศภายในลูกโป่งเพิ่มขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิอากาศสูงขึ้น ความยืดหยุ่นของยางไม่สามารถทนต่อการขยายตัวของอากาศได้ ลูกโป่งจึงแตก
ตัวอย่างทั้งสองข้างต้นแสดงให้เห็นว่าปริมาตรของของไหล ไม่ว่าจะเป็นของเหลวหรือก๊าซ สามารถเปลี่ยนแปลงได้หากอุณหภูมิเปลี่ยนแปลง มวลของอากาศภายในล้อหรือลูกโป่งที่ปิดสนิทจะคงที่ มีเพียงปริมาตรเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงปริมาตรทำให้ความหนาแน่นของอากาศเปลี่ยนแปลง
