چگالی

یک مکعبِ چوبی و یک مکعبِ آهنی دارید که درست هم‌اندازه‌اند. اگر هر دو را در یک تشت آب بیندازید، مکعبِ چوبی روی آب می‌ماند و مکعبِ آهنی ته تشت می‌رود. اما کشتی‌های بزرگی که از فولاد ساخته شده‌اند و میلیون‌ها کیلوگرم جرم دارند روی دریا شناورند. راز چیست؟

هم‌اندازه، اما نه هم‌جرم

دو مکعبِ هم‌اندازه، حجمِ برابر دارند. اما اگر آن‌ها را روی ترازو بگذارید، مکعبِ آهنی خیلی سنگین‌تر است. یعنی در همان مقدار فضا، آهن ماده‌ی بیشتری جا داده است. به این ویژگی چگالی می‌گوییم: اینکه در حجمِ مشخصی از یک ماده، چقدر جرم هست.

چگالی را این‌طور حساب می‌کنیم:

چگالی = جرم ÷ حجم

اگر جرم بر حسبِ گرم و حجم بر حسبِ سانتی‌مترمکعب باشد، یکای چگالی گرم بر سانتی‌مترمکعب است، یعنی هر سانتی‌مترمکعب از آن ماده چند گرم است.

یک مثال

جرمِ یک پیچِ فلزی ۲۴ گرم است. آن را در استوانه‌ی مدرج می‌اندازیم و آب از ۴۰ به ۴۳ میلی‌لیتر می‌رسد. پس حجمش ۳ سانتی‌مترمکعب است و:

چگالی = ۲۴ ÷ ۳ = ۸ گرم بر سانتی‌مترمکعب

این عدد خیلی نزدیک به چگالیِ آهن در جدولِ زیر است؛ پس پیچ احتمالاً از فولاد، یعنی آهنی با کمی مواد دیگر، ساخته شده است.

چند چگالیِ تقریبی برای مقایسه:

چگالی و شناوری

چیزی که چگالی‌اش کم‌تر از آب است روی آب شناور می‌ماند و چیزی که چگالی‌اش بیشتر از آب است فرو می‌رود. برای همین چوب و یخ روی آب می‌مانند و میخِ آهنی فرو می‌رود.

پس کشتیِ فولادی چطور؟ کشتی یک تکه فولادِ توپر نیست. بدنه‌اش پوسته‌ای فولادی است که داخلش پر از هواست. اگر جرمِ کلِ کشتی را بر حجمِ کلِ بدنه‌اش تقسیم کنیم، عددی کم‌تر از چگالیِ آب به دست می‌آید. اگر آب به داخلِ کشتی راه پیدا کند و جای هوا را بگیرد، این عدد بالا می‌رود و کشتی غرق می‌شود.

در خانه امتحان کنید

1. در یک کاسه آب، یک تکه سیب، یک تکه سیب‌زمینی، یک قاشقِ فلزی و یک پاک‌کن بیندازید.
2. پیش از انداختن بنویسید کدام‌ها شناور می‌مانند.
3. نتیجه را ببینید و برای هر کدام بگویید چگالی‌اش از آب بیشتر است یا کم‌تر.

واژه‌های این درس

• چگالی - جرمِ هر سانتی‌مترمکعب از یک ماده؛ جرم تقسیم بر حجم.
• شناور - چیزی که روی آب می‌ماند و فرو نمی‌رود.

ایده‌ی اصلی

چگالی جرم تقسیم بر حجم است و نشان می‌دهد یک ماده در هر سانتی‌مترمکعب چقدر جرم دارد. هر چه چگالی‌اش از آب کم‌تر باشد روی آب می‌ماند و هر چه بیشتر باشد فرو می‌رود.