Science & Education

Η πυκνότητα σαν φυσικό μέγεθος

Άν ζυγίσουμε ένα κομμάτι ξύλο που έχει όγκο 1cm³ κι ένα κομμάτι σίδηρο με τον ίδιο όγκο θα παρατηρήσουμε ότι ο σίδηρος έχει αρκετά μεγαλύτερη μάζα.

Η μάζα που έχει ένα σώμα με όγκο 1cm³ είναι χαρακτηριστικό του υλικού και ονομάζεται πυκνότητα.

Για να υπολογίσουμε την πυκνότητα ενός σώματος διαιρούμε την μάζα ενός σώματος με τον όγκο του. Δηλαδή:

Η θεμελιώδης μονάδα μέτρησης της πυκνότητας είναι το kg/m³ αλλά συχνά χρησιμοποιούμε την μονάδα g/cm³ ή g/ml.

Μέτρηση της πυκνότητας 

Για να μετρήσουμε την πυκνότητα ενός υγρού ή στερεού σώματος θα πρέπει:

1. Να μετρήσουμε τη μάζα του σώματος (όπως μάθαμε στην μέτρηση της μάζας)
2. Να μετρήσουμε τον όγκο του σώματος (όπως μάθαμε στην μέτρηση του όγκου)
3. Να διαιρέσουμε την μάζα που βρήκαμε με τον όγκο για να υπολογίσουμε την πυκνότητα.

Παρατηρήσεις

1. Η πυκνότητα ενός υλικού είναι ίδια ανεξάρτητα από την ποσότητα που χρησιμοποιούμε για να την μετρήσουμε.
2. Η πυκνότητα είναι χαρακτηριστικό κάθε υλικού.
3. Υλικά με μικρότερη πυκνότητα “επιπλέουν” πάνω σε υλικά με μεγαλύτερη πυκνόττητα.

Μέτρηση Όγκου

Ο όγκος είναι ένα φυσικό μέγεθος που μας δείχνει τον χώρο που καταλαμβάνει ένα σώμα.

Όλα τα σώματα έχουν κάποιο όγκο είτε είναι στερεά είτε υγρά είτε αέρια.

Όπως γνωρίζετε από το Δημοτικό

• τα στερεά έχουν σταθερό σχήμα και όγκο,
• τα υγρά σταθερό όγκο αλλά το παίρνουν το σχήμα του δοχείου που βρίσκονται ενώ
• τα αέρια δεν εχουν σταθερό όγκο και σχήμα αλλά παίρνουν το σχήμα και το όγκο του δοχείου στο οποίο βρίσκονται.

Το σύμβολο του όγκου είναι το V. 

Μονάδα μέτρησης του όγκου στο SI είναι το κυβικό μέτρο (m³).

Ωστόσο στην καθημερινή ζωή χρησιμοποιούμε κι άλλες μονάδες μέτρησης (πιο μικρές) όπως το λίτρο (L) ή το κυβικό εκατοστό (cm³) ή χιλιοστόλιτρο (ml).

Μέτρηση Όγκου ενός υγρού

Τον όγκο ενός υγρού τον μετράμε με ογκομετρικό σωλήνα.

Για να μετρήσουμε τον όγκο ενός υγρού απλώς τοποθετούμε το υγρό μέσα στον ογκομετρικό σωλήνα και διαβάζουμε την ένδειξη στο σημείο που βρίσκεται η επιφάνεια του υγρού.

Εδώ πρέπει να προσέξουμε, το μάτι μας να βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο με το επίπεδο της επιφάνειας του υγρού.

Μέτρηση Όγκου ενός στερεού ακαθόριστου σχήματος

Τον όγκο ενός στερεού ακαθόριστου σχήματος τον μετράμε χρησιμοποιώντας πάλι έναν ογκομετρικό σωλήνα.

1. Για να μετρήσουμε τον όγκο ενός στερεού βάζουμε έναν συγκεκριμένο όγκο νερού μέσα στον σωλήνα (V_νερού).
2. Στη συνέχεια βυθίζουμε το στερεό σώμα μέσα στο νερό προσεκτικά ώστε να μην χυθεί νερό έξω από τον σωλήνα και μετράμε την νέα ένδειξη της στάθμης του νερού στον σωλήνα (V_{νερό+σώμα}).
3. Ο όγκος του στερεού υπολογίζεται αν αφαιρέσουμε τον όγκο του νερού από τον συνολικό όγκο που μετρήσαμε (V_σώμα = V_{νερό+σώμα} – V_νερού).

Πίνακας Φυσικών μεγεθών

Όνομα	Σύμβολο	Μονάδα μέτρησης (S.I.)
Μήκος		(Μέτρο)
Χρόνος		(Δευτερόλεπτο)
Μάζα		(χιλιόγραμμο)
Βάρος		(Νιούτον)
Όγκος		(κυβικό μέτρο)
Πυκνότητα		(χιλιόγραμμο ανά κυβικό μέτρο)

Μέτρηση της Μάζας

Η μάζα και το βάρος είναι δύο διαφορετικά φυσικά μεγέθη. Όμως επειδή στην Γη σώματα ίδιας μάζας έχουν το ίδιο βάρος, έχει επικρατήσει να χρησιμοποιούμε στην καθημερινή ζωή τη λέξη βάρος για τη μάζα.

Οι βασικές διαφορές μεταξύ μάζας και βάρους εμφανίζονται στον παρακάτω πίνακα:

Μέτρηση μάζας με ζυγό

Για να μετρήσουμε τη μάζα ενός σώματος με ζυγό, τοποθετούμε το σώμα στον έναν δίσκο ενώ στον άλλον τοποθετούμε διαδοχικά σταθμά μέχρι να ισορροπήσει ο ζυγός σε οριζόντια θέση.

Προσθέτουμε τις μάζες των σταθμών που τοποθετήσαμε πάνω στον δεύτερο δίσκο και το άθροισμα είναι ίσο με τη μάζα του σώματος που ψάχναμε.

Μέτρηση της Μάζας ενός υγρού σε ζυγαριά

Για να μετρήσουμε την μάζα ενός υγρού σε εργαστηριακή ζυγαριά εκτελούμε την παρακατω διαδικασία:

1. Ζυγίζουμε την μάζα του άδειου δοχείου, μέσα στο οποίο θα βάλουμε το υγρό (m_{δοχείου}).
2. Προσθέτουμε το υγρό στο δοχείο και ζυγίζουμε ξανά την μάζα του δοχείου με το υγρό (m_{δοχείου+υγρό}).
3. Υπολογίζουμε την μάζα του υγρού αφαιρώντας την μάζα του δοχείου από την συνολική μάζα δοχείου και υγρού
   (m_υγρού = m_{δοχείου+υγρό} – m_{δοχείου})

Μέτρηση μάζας με αυτοσχέδιο δυναμόμετρο

1. Κρεμάμε ένα ελατήριο, όπου στην άκρη του έχουμε στερεώσει οριζόντια, ένα σύρμα.
2. Στο σημείο αυτό στερεώνουμε μία μετροταινία, όπου το μηδέν της συμπίπτει με την άκρη του ελλατηρίου (το σύρμα που βάλαμε)
3. Κρεμάμε στην άκρη του ελατηρίου μία γνωστή μάζα και μετράμε την επιμήκυνση του ελατηρίου.
4. Επαναλαμβάνουμε πολλές φορές την μέτρηση με άλλες γνωστές μάζες και καταγράφουμε τα αποτελέσματα.

Κάνοντας τις παραπάνω μετρήσεις πήραμε τον παρακάτω πίνακα:

Βάζοντας τις μετρήσεις πάνε σε ένα διάγραμμα και τραβώντας μία ευθεία όσο πιο κοντά γίνεται σε όλα τα σημεία, παίρνουμε το παρακάτω διάγραμμα.

Διάγραμμα Μάζας-Επιμήκυνσης.