سنگین در همان اندازه
دوچرخه‌سوارهای مسابقه‌ای برای دوچرخه‌شان پولِ زیادی می‌دهند تا چند صد گرم سبک‌تر شود. دوچرخه‌ی معمولی را از فولاد می‌سازند، اما دوچرخه‌ی مسابقه‌ای را از آلومینیم یا موادِ سبک‌تر. وقتی دو دوچرخه هم‌اندازه‌اند، چرا یکی سبک‌تر است؟
هم‌اندازه، اما نه هم‌جرم
یک مکعبِ چوبی و یک مکعبِ آهنی را تصور کنید که هر دو دقیقاً هم‌اندازه‌اند. اگر آن‌ها را در دو کفه‌ی ترازو بگذارید، کفه‌ی آهن پایین می‌رود. حجمشان یکی است، اما جرمِ آهن بسیار بیشتر است. ذره‌های سازنده‌ی آهن سنگین‌ترند و فشرده‌تر کنارِ هم قرار گرفته‌اند.
برای مقایسه‌ی مواد، جرمِ یک اندازه‌ی ثابت از آن‌ها را مقایسه می‌کنیم؛ مثلاً جرمِ یک سانتی‌متر مکعب. به این عدد چگالی می‌گوییم:
چگالی = جرم ÷ حجم
یک سانتی‌متر مکعب آب حدودِ یک گرم است، پس چگالیِ آب ۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب است. چگالیِ آلومینیم حدودِ ۲٫۷، آهن حدودِ ۷٫۹ و طلا حدودِ ۱۹٫۳ است. یعنی یک انگشترِ طلا از انگشترِ آهنیِ هم‌اندازه بیش از دو برابر سنگین‌تر است. چگالی را در فصلِ اندازه‌گیری هم دیدید.
چگالی و انتخابِ ماده
وقتی سازندگان چیزی سبک و محکم می‌خواهند، سراغِ موادِ کم‌چگال می‌روند. بدنه‌ی هواپیما را بیشتر از آلومینیم و آلیاژهای سبک می‌سازند، چون هر کیلوگرم وزنِ اضافه سوختِ بیشتری می‌خواهد. قایقِ نجات را از موادی می‌سازند که چگالی‌شان از آب کمتر است. اما وزنه‌ی ماهیگیری را از سرب یا آهن می‌سازند تا زود به تهِ آب برود.
ماده‌ای که چگالی‌اش از آب کمتر باشد روی آب شناور می‌ماند، و ماده‌ای که چگالی‌اش بیشتر باشد فرو می‌رود.
در خانه امتحان کنید
- یک کاسه آب آماده کنید.
- پیش‌بینی کنید این‌ها شناور می‌مانند یا فرو می‌روند: پاک‌کن، چوب‌پنبه، سکه، تکه‌ای سیب، دکمه‌ی پلاستیکی و یک گیره‌ی فلزی.
- یکی‌یکی امتحان کنید و نتیجه را کنارِ پیش‌بینی‌تان بنویسید.
- کدام مواد چگالی‌شان از آب کمتر است؟
واژه‌های این درس
- چگالی - جرمِ یک سانتی‌متر مکعب از یک ماده؛ جرم تقسیم بر حجم.
- گرم بر سانتی‌متر مکعب - یکای رایجِ چگالی در آزمایشگاه.
ایده‌ی اصلی
دو جسمِ هم‌اندازه از دو ماده‌ی متفاوت، جرمِ متفاوتی دارند. چگالی، یعنی جرم تقسیم بر حجم، این تفاوت را با یک عدد نشان می‌دهد و به ما کمک می‌کند ماده‌ی سبک یا سنگینِ مناسب را انتخاب کنیم.