Yoğunluk

Bir cismin içerdiği madde miktarına kütle denir. Kütle, laboratuvar ortamında eşit kollu terazi kullanılarak ölçülür ve birimi gram veya kilogram olarak ifade edilir.

Maddenin boşlukta kapladığı yere hacim adı verilir. Sıvıların ve düzgün şekli olmayan katıların hacmi dereceli silindir, beherglas veya taşırma kabı ile ölçülür. Birimi santimetreküp, mililitre veya litredir.

Bir maddenin birim hacimdeki madde miktarına yoğunluk denir. Yoğunluk hesaplanırken kütle değeri hacim değerine bölünür. Kütle gram, hacim santimetreküp alındığında yoğunluk birimi gram/santimetreküp olarak bulunur.

Saf bir maddenin kütlesi arttıkça hacmi de aynı oranda artar. Bu durum kütle/hacim oranını sabit tutar. Bu nedenle bir bardak su ile bir sürahi suyun yoğunluğu eşittir ve 1 g/cm³ değerindedir.

Farklı saf maddelerin yoğunlukları birbirinden farklıdır. Bu sebeple yoğunluk, saf maddeler için ayırt edici bir özelliktir.

Birbiri içinde çözünmeyen sıvılar aynı kaba konulduklarında yoğunluk farkı nedeniyle katmanlar oluşturur. Yoğunluğu büyük olan sıvı kabın tabanına çökerken, yoğunluğu küçük olan sıvı üstte kalır.

Yoğunluğu 1 g/cm³ olan su ile yoğunluğu 0,8 g/cm³ olan zeytinyağı karıştırıldığında su altta, zeytinyağı ise üstte konumlanır.

Katı bir cisim çözünmediği bir sıvının içine bırakıldığında yoğunluk ilişkisine göre davranır. Cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğundan büyükse batma olayı gerçekleşir. Örneğin yoğunluğu 7,8 g/cm³ olan demir veya 2,5 g/cm³ olan cam bilye suda batar.

Cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğundan küçükse cisim yüzer. Yoğunluğu 0,9 g/cm³ olan tahta kaşık su yüzeyinde kalır. Cismin yoğunluğu sıvının yoğunluğuna eşit olduğunda ise cisim askıda kalır.

Deniz suyunun yoğunluğu tuz oranı sebebiyle havuz suyundan daha fazladır. Bu durum durgun deniz suyunda yüzmeyi havuz suyunda yüzmeye göre daha kolay hale getirir.

Maddeler genel olarak sıvı hâlden katı hâle geçerken büzülür ve yoğunlukları artar. Ancak su bu kuralın istisnası olan özel bir davranış sergiler.

Su donarak buz hâline geçtiğinde hacim genişlemesi yaşanır. Hacim arttığı için buzun yoğunluğu düşer. Sıvı suyun yoğunluğu 1 g/cm³ iken buzun yoğunluğu 0,9 g/cm³ değerine geriler.

Yoğunluğu azalan buz, suyun üzerinde yüzer. Bu durum kış aylarında buzun kapladığı su borularının veya dondurucuya konulan dolu şişelerin patlamasına yol açar.

Donmuş göl ve denizlerde buz tabakası su yüzeyinde kalarak yalıtım sağlar. Hava sıcaklığı çok düşse bile buzun altındaki su sıvı kalır ve sucul canlıların yaşamı devam eder.

Deniz yüzeyindeki aşırı soğuk tuzlu su süzülerek dibe doğru iner ve etrafındaki suyu dondurarak deniz tabanında devasa buz sarkıtları meydana getirir.

Tarih boyunca bilim insanları maddelerin yoğunluk özelliklerini anlamak ve insanlığın hizmetine sunmak için çeşitli çalışmalar yapmıştır.

Arşimet, cisimlerin suda yüzme ve batma durumlarını inceleyerek yoğunluk prensiplerini açıklamıştır. Yapılan bu çalışmalar gemi inşasında ve mühendislik alanında cisimlerin yoğunluklarının belirlenmesinde temel oluşturmuştur.

Biruni, çok sayıda bilim dalında eserler vermiş ve maddelerin tanınmasında özgül ağırlık kavramının yani yoğunluğun ayırt edici bir özellik olduğunu deneysel olarak göstermiştir.