Yoğunluk
Çoğumuz, “bir kilogram demir mi, yoksa bir kilogram pamuk mu daha ağırdır?” sorusunu biliriz. Elbette doğru yanıt, her ikisi de birer kilogram olduğuna göre ağırlıklarının aynı olduğudur; ama gene de demir pamuktan daha ağırdır diye yanıt veririz. Aslında burada anlatmak istediğimiz, eşit hacimlerde olsalar demirin daha ağır geleceğidir, çünkü demirin yoğunluğu pamuğun yoğunluğundan daha büyüktür.
Yoğunluk, kütle ya da ağırlığın hacme oranıdır. Kilogram bölü metre küp (kg/m3) biçiminde ifade edilebilir. Suyun katı biçimi (buz) 0°C’deki sıvı biçiminden daha az yoğundur. Buzun suyun üstünde yüzmesinin nedeni budur. Suyun, 4°C’de 1.000 kg/m3 ya da aynı şey demek olan 1 gr/cm3’lük bir maksimum yoğunluğu vardır. Bu nedenle herhangi bir maddenin yoğunluğu bu sıcaklıktaki suyun yoğunluğuyla karşılaştırılabilir. Örneğin altının yoğunluğu 19 gr/cm3’tür; dolayısıyla bağıl yoğunluğu (suya göre olan yoğunluğu) 19’dur. Bağıl yoğunluğun daha eski bir adı özgül ağırlık’tır. Yoğunluğu suyunkinden daha az olan bir cisim suyun üstünde yüzer, daha çok olan ise batar; cismin yoğunluğu suyunkiyle aynıysa, cisim suda asılı kalır.
Bir maddenin yoğunluğunu bulmak için hacmini ölçer ve tartıp kütlesinin ne kadar geldiğini belirleriz. (Burada kullanılacak doğru terim “kütle”dir; “ağırlık” yerçekimine, daha genel bir deyişle kütleçekimine göre değişen bir özelliktir.) Eğer bir alüminyum külçesinin uzunluğu 5 cm, genişliği 4 cm ve kalınlığı 2 cm ise, hacmi 40 cm3 olur. Bunun kütlesi 440 gr olarak bulunur. Demek ki, yoğunluğu 11 gr/cm3’tür. Yoğunluk, kütlenin hacme bölümüne eşittir.
Her katıyı ölçmek, dikdörtgen prizma biçimindeki bir metal külçesini ölçmek kadar kolay değildir. Örneğin çakıl, ölçüm için dikdörtgen prizma biçimindeki bir sandığa doldurulabilir; ama bu yoldan bulunan yoğunluk, çakılın yığın halindeki, yani küçük taşlar arasında kalan hava aralıklarıyla birlikteki yoğunluğudur. Taşların yoğunluğunu bulmak için bunları su dolu bir kaba koyar ve ne kadar su taşırdıklarına bakabiliriz.
Bir sıvının yoğunluğu, sığası (alabileceği sıvı hacmi) bilinen bir kaba doldurularak bulunabilir. Kabın sığası santimetre küple aynı şey demek olan mililitreler halinde işaretlenerek belirlenebilir. Sıvının ağırlığını bulmak için kap, sıvı konmadan önce ve sonra tartılır.
Bir sıvının bağıl yoğunluğu, hidrometre (yoğunlukölçer) denen ve sıvıda yüzdürülen bir aletin yardımıyla da ölçülebilir. Alet yüzerken kendi kütlesi kadar sıvı taşırır, yani yer değiştirttiği sıvının kütlesi kendisininkiyle aynı olur. Demek ki, sıvı ne kadar yoğunsa, hidrometrenin taşırdığı sıvı o ölçüde az, aygıtın suyun üstünde kalan yüksekliği ise o ölçüde büyük olur. Bağıl yoğunluk hidrom etre üzerinde işaretli bir ölçekte, sıvının eriştiği düzey belirlenerek bulunur.
Gazların yoğunluğunu ölçmek daha zordur. Bir yöntem, büyük bir miktar gazı daha sonra tartılacağı bir kaba pompalayıp sıkıştırmaktır.Sonra kaptaki gaz bir seferinde 1 litresi sualtındaki saydam ölçme kutusuna kaçıp girecek biçimde serbest bırakılır; böylece normal basınçtaki gaz hacmi ölçülebilir. Kap yeniden tartılır, aradaki fark serbest bırakılan gazın kütlesini verir.
Yoğunluk kütlenin hacme bölümüne eşit olduğuna göre, kütle de hacimle yoğunluğun çarpımına eşit olur. Daha önce verilen altın yoğunluğundan siz de 1 m3 katı altının kütlesini bulabilirsiniz.
Bu söylenenlerden, hacmin de kütlenin yoğunluğa bölümüne eşit olduğu sonucu çıkarılabilir. Siz, ağırlığınızı bilirsiniz; ama, büyük bir olasılıkla vücudunuzun hacmi konusunda hiçbir fikre sahip değilsinizdir. Bunu bulabilir misiniz?