Πυκνότητα

Εισαγωγή στην Πυκνότητα

Η πυκνότητα είναι ένα θεμελιώδες φυσικό μέγεθος που εκφράζει τη μάζα ενός υλικού ανά μονάδα όγκου. Αποτελεί χαρακτηριστική ιδιότητα κάθε ουσίας και παίζει κεντρικό ρόλο στη μηχανική των ρευστών.

Ορισμός της Πυκνότητας

Ορισμός: Η πυκνότητα $\rho$ (ρο) ενός ομογενούς σώματος ορίζεται ως το πηλίκο της μάζας $m$ του προς τον όγκο $V$ που καταλαμβάνει:

$$\rho = \frac{m}{V}$$

Η πυκνότητα είναι βαθμωτό μέγεθος και η μονάδα μέτρησής της στο SI είναι το kg/m³.

Μονάδες Πυκνότητας

• SI: $\text{kg/m}^3$
• CGS: $\text{g/cm}^3$
• Μετατροπή: $1\text{ g/cm}^3 = 1000\text{ kg/m}^3$

Πυκνότητες Συνηθισμένων Ουσιών

Σχετική Πυκνότητα

Η σχετική πυκνότητα (ή ειδικό βάρος) είναι ο λόγος της πυκνότητας μιας ουσίας προς την πυκνότητα του νερού:

$$d = \frac{\rho}{\rho_{\text{νερού}}}$$

Η σχετική πυκνότητα είναι αδιάστατο μέγεθος (δεν έχει μονάδες).

Μεταβολή της Πυκνότητας

Η πυκνότητα εξαρτάται από:

1. Θερμοκρασία: Γενικά, με αύξηση της θερμοκρασίας η πυκνότητα μειώνεται (εξαίρεση: το νερό μεταξύ 0°C και 4°C)
2. Πίεση: Για υγρά και στερεά η επίδραση είναι αμελητέα, για αέρια σημαντική

Πυκνότητα και Πλεύση

Η πυκνότητα καθορίζει αν ένα σώμα θα επιπλέει ή θα βυθίζεται σε ένα ρευστό:

• Αν $\rho_{\text{σώματος}} < \rho_{\text{ρευστού}}$: το σώμα επιπλέει
• Αν $\rho_{\text{σώματος}} > \rho_{\text{ρευστού}}$: το σώμα βυθίζεται
• Αν $\rho_{\text{σώματος}} = \rho_{\text{ρευστού}}$: το σώμα αιωρείται

Μέση Πυκνότητα

Για ένα μη ομογενές σώμα ή σύστημα σωμάτων, η μέση πυκνότητα υπολογίζεται:

$$\rho_{\text{μέση}} = \frac{m_{\text{ολική}}}{V_{\text{ολικός}}} = \frac{m_1 + m_2 + \ldots}{V_1 + V_2 + \ldots}$$