Yoğunluk nedir?

Birçoğumuz bir kilogram demir mi yoksa bir kilogram pamuk mu daha ağır diye birbirimize sorarız. Elbette doğru olan cevap her ikisinin ağırlıklarının aynı olduğudur. Ama yine de demir’in pamuktan daha ağır olduğunu söyleyenimiz oldukça fazladır. Aslında burada anlatılmak istenen eşit hacimlerde olsalar demirin daha ağır olacağı konusudur. Çünkü demirin yoğunluğu pamuğun yoğunluğundan daha fazladır.

Yoğunluk kütle ya da ağırlığın hacme olan oranıdır. Kilogram bölü metre küp biçiminde ifade edilmektedir. Suyun katı hali sıvı halinden daha az yoğundur. Buzun suyun üstünde yüzmesinin sebebi budur. Suyun 4 c’de 1000 kg/m küp ya da aynı şey demek olan 1 gr/cm küplük bir maksimum yoğunluğu bulunmaktadır. Bu sebepten dolayı herhangi bir maddenin yoğunluğu bu sıcaklıktaki suyun yoğunluğu ile karıştırılabilmektedir. Örneğin altının yoğunluğu 19 gr/cm küptür. Dolayısı ile bağıl yoğunluğu 19’dur. Bağıl yoğunluğun eski adı özgül ağırlıktır. Yoğunluğu suyun yoğunluğundan daha az olan bir cisim suyun üstünde yüzer, daha çok olan ise batar, cismin yoğunluğu aynı ise asılı kalır.

Bir maddenin yoğunlunu bulmak için hacmini ölçer ve tartıp kütlesinin ne kadar geldiğini belirleriz. Eğer bir alüminyum külçesinin uzunluğu 5 cm, genişliği 4 cm ve kalınlığı 2 cm ise bunun hacmi 40 cm küp olmaktadır. Yoğunluk kütlenin hacme bölümüne eşittir.

Her katı maddeyi ölçmek dikdörtgen prizma şeklindeki bir metal külçesini ölçmek kadar kolay değildir. Örneğin çakıl, ölçüm için dikdörtgen prizma şeklindeki bir sandığa doldurulabilir, ama bu yoldan bulunan yoğunluk, çakılın yığın halindeki, yani küçük taşlar arasında kalan hava aralıkları ile birlikteki yoğunluğudur. Taşların yoğunluğunu bulmak için bunları içi su dolu bir kaba koyar ve ne kadar su taşıdıklarına bakabiliriz.
Bir sıvının yoğunluğu sığası (yani alabileceği sıvı hacmi) bilinen bir kaba doldurularak bulunabilmektedir. Kabın sığası santimetre küple aynı şey demek olan mililitreler halinde işaretlenerek belirlenebilir. Sıvının ağırlığını bulmak için kap, sıvı konmadan önce ve sonra tartılmaktadır.

Bir sıvının bağıl yoğunluğu, hidrometre (yoğunluk ölçer) adı verilen ve sıvıda yüzdürülen bir aletin yardımı ile de ölçülebilir. Alet yüzerken kendi kütlesi kadar sıvı taşırır yani yer değiştirttiği sıvının kütlesi kendisininki ile aynı olur. Demek ki sıvı ne kadar yoğun ise hidrometrenin taşırdığı sıvı o oranda az, aygıtın suyun yüzeyinde kalan yüksekliği ise o oranda büyük olmaktadır. Bağıl yoğunluk hidrometre üzerinde işaretli bir ölçekte sıvının eriştiği düzey belirlenerek bulunmaktadır. Gazların yoğunluğunu ölçmek daha zordur. Bir yöntem büyük bir miktar gazı daha sonra tartılacağı bir kaba pompalayıp sıkıştırmaktır.

Sonraki kaptaki gaz her seferinde bir litresi su altındaki saydam olan ölçme kutusuna kaçıp girecek biçimde serbest bırakabilir, 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 hacim ile yoğunluğun çarpımına eşit olur. Daha önce verilen altın yoğunluğundan siz de 1 m küp katı altının kütlesini bulabilmek mümkündür.
Bu ifadelerden hacmin de kütlenin yoğunluğa bölümüne eşit olduğu sonucunu kolaylıkla çıkarabiliriz. Biz insanlar suda batmadan suyun üzerinde kalabildiğimiz için suyun yoğunluğu ile vücudumuzun yoğunluğunun aynı olduğu söylenebilir.