7.1 Η πυκνότητα και το ειδικό βάρος

Η μάζα σώματος θεωρείται χαρακτηριστικό μέγεθος για το ίδιο το σώμα, όχι όμως και για το υλικό από το οποίο αποτελείται. Για να χαρακτηρίσουμε ένα υλικό ως πυκνό ή ως αραιό, χρειαζόμαστε κάποιο μέγεθος διαφορετικό από τη μάζα, το οποίο να μην επηρεάζεται από τις διαστάσεις του αντικειμένου, όπως συμβαίνει με τη μάζα.

Η πυκνότητα ρ του σώματος ορίζεται ως το πηλίκο της μάζας του m προς τον όγκο V: ρ= m/V (7.1)

Είναι φανερό ότι η πυκνότητα ρ:

• Εκφράζει αριθμητικά τη μάζα που αντιστοιχεί στη μονάδα όγκου. • Είναι κριτήριο για το πόσο πυκνό ή αραιό είναι το υλικό του σώματος. Αυτό, διότι συγκρίνουμε μάζες για ίδιο όγκο των υλικών (το 1 m3 π.χ.). • Έχει μονάδα μέτρησης στο S.I. το 1 [pic]. Συνηθισμένη πρακτική μονάδα είναι το 1 [pic], που ισοδυναμεί με [pic]. (Δείτε γιατί). • Είναι μονόμετρο μέγεθος.

Η πυκνότητα του υλικού επηρεάζεται, λίγο ή πολύ, από τη θερμοκρασία του. Αυτό είναι πιο έντονο στα ρευστά, ενώ στα στερεά η επίδραση της θερμοκρασίας θεωρείται σχεδόν αμελητέα (εκτός αν πλησιάζουμε τη θερμοκρασία υγροποίησης τους). Στα αέρια, επίσης, η πυκνότητα επηρεάζεται και από την πίεση που δέχονται.

Στον πίνακα 7.1 φαίνονται οι πυκνότητες γνωστών υλικών.

ΠΙΝΑΚΑΣ 7.1: Πυκνότητες γνωστών (και λιγότερο γνωστών) υλικών

Όπως φαίνεται από τον πίνακα, η περιοχή τιμών για τις πυκνότητες των υλικών είναι πολύ μεγάλη. Για κάποια υλικά πρέπει να είμαστε επιφυλακτικοί, όταν αξιοποιούμε αυτές τις τιμές της πυκνότητας. Στα στερεά πρέπει να είμαστε σίγουροι ότι δεν έχουν προσμείξεις ή δεν είναι οξειδωμένα (ειδικά τα μέταλλα). Για τα υγρά προέχει ο έλεγχος της καθαρότητας και της θερμοκρασίας τους. Για τα αέρια, τέλος, επιβάλλεται η μέτρηση των συνθηκών στις οποίες τα χρησιμοποιούμε.

Εκτός από την πυκνότητα, χρήσιμο μέγεθος για τα υλικά είναι και το ειδικό βάρος: [pic] (7.2) Β = βάρος υλικού, V= όγκος του.

Το ειδικό βάρος έχει τα παρακάτω χαρακτηριστικά: • Έχει τα ίδια χαρακτηριστικά με το βάρος. Μεταβάλλεται, δηλαδή, με το γεωγραφικό πλάτος και με το ύψος από το έδαφος που βρίσκεται το σώμα (μιλάμε για αξιόλογες μεταβολές υψομέτρου). • Είναι μέγεθος διανυσματικό. • Έχει μονάδα μέτρησης, στο S.I., το 1 [pic] και αντίστοιχη πρακτική το [pic]. ([pic], με [pic]). - Συνδέεται με την πυκνότητα, αφού: [pic] ή [pic] (7.3)

Η σχέση (7.3) δείχνει ότι το ειδικό βάρος δεν μπορεί να θεωρηθεί χαρακτηριστικό μέγεθος για το υλικό, αφού εξαρτάται και από την τιμή του g.