ความหนาแน่น

หากนำโฟมและเหรียญโยนลงในบ่อน้ำ ผลย่อมเป็นที่แน่นอนเลยว่า โฟมจะลอยน้ำ ส่วนเหรียญก็คงจะจมลงสู่ก้นบ่อ และหากจะถามคำถามง่ายๆ ว่า

“ทำไมโฟมจึงลอยและเหรียญจึงจมน้ำ”

คำตอบที่มักจะได้รับกลับมามากที่สุดคือ

“ไม่เห็นจะแปลกตรงไหนเลย เพราะโฟมมันเบา ส่วนเหรียญมันหนักกว่ามันจึงจมน้ำไง  เรื่องแค่นี้ง่ายจะตาย…”

แต่คำตอบนี้มันถูกต้องแค่ไหน? และ คำถามนี้มันง่ายจริงหรือไม่?

งั้นลองถามเพิ่มอีกนิดว่า “แล้วเรือเดินสมุทรลำใหญ่มากๆ  ซึ่งหนักไม่รู้กี่แสนกี่ล้านเท่าของเหรียญ มันลอยน้ำได้อย่างไร”

อืม… น่าคิดนะ

รูปแสดง เรือไททานิค เรือเดินสมุทรขนาดใหญ่

ว่าตามหลักการแล้ว การที่วัตถุใดจะจมหรือลอยน้ำนั้น ไม่ได้ขึ้นอยู่กับมวลหรือน้ำหนักของวัตถุเพียงอย่างเดียว แต่ขึ้นอยู่กับปริมาณที่เรียกว่า ความหนาแน่น ของวัตถุนั้น

ความหนาแน่น

จากความรู้ในระดับมัธยมศึกษาตอนต้นที่ว่า ความหนาแน่นของสารเป็นสมบัติเฉพาะของสารแต่ละชนิดและเป็นปริมาณที่บอกค่ามวลของสารในหนึ่งหน่วยปริมาตร ถ้าให้ m เป็นมวลของสารที่มีปริมาตร V และ D เป็นความหนาแน่นของสารแล้วสามารถเขียนเป็นความสัมพันธ์  ได้ว่า  D=m/V

และในระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย นักเรียนจะได้พบกับความหนาแน่น ที่มีความหมายเดียวกัน แต่หน้าตาของสูตรแตกต่างกันออกไป

ความหนาแน่น (density, สัญลักษณ์: ρ  อักษรกรีก อ่านว่า โร )   เป็นอัตราส่วนของมวลต่อปริมาตรของสาร  ในระบบ S.I.  มีหน่วยเป็น  กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร

ความหนาแน่นเฉลี่ย (average density) หาได้จากผลหารระหว่างมวลรวมกับปริมาตรรวม ดังสมการ

\rho = \frac{m}{V}

โดยที่

ρ คือความหนาแน่นของวัตถุ (หน่วย กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร)
m คือมวลรวมของวัตถุ (หน่วย กิโลกรัม)
V คือปริมาตรรวมของวัตถุ (หน่วย ลูกบาศก์เมตร)

ข้อควรจำ  (หรือเปล่า)  ความหนาแน่นเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นกิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (kg/m^3)

ตาราง 1 ความหนาแน่นของสารบางชนิดที่อุณหภูมิ 0 ℃ และความดัน 1 บรรยากาศ

สาร ความหนาแน่น  (kg/m3) สาร ความหนาแน่น  (kg/m3)

ของแข็ง

ของเหลว

 ออสเมียม 22.5 x 103  ปรอท 13.6 x 103
 ทอง 19.3 x 103  น้ำทะเล 1.024 x 103
 ยูเรเนียม 18.7 x 103  น้ำ (4 °C) 1.00 x 103
 ตะกั่ว 11.3 x 103  เอทิลแอลกอฮอร์ 0.79 x 103
 เงิน 10.5 x 103  น้ำมันเบนซิน 0.68 x 103
 ทองแดง 8.9 x 103

แก๊ส

 ทองเหลือง 8.6 x 103  ออกซิเจน 1.429
 เหล็ก 7.86 x 103  อากาศ 1.292
 อลูมิเนียม 2.70 x 103  ไนโตรเจน 1.251
 แมกนีเซียม 1.74 x 103  ฮีเลียม 0.179
 แก้ว (2.4 – 2.8) x 103  ไฮโดรเจน 0.090
 น้ำแข็ง 0.917 x 103
 โฟม 0.1 x 103

จากการศึกษาสมบัติของของเหลวพบว่า เมื่ออุณหภูมิคงตัวหรือเปลี่ยนแปลงไม่มาก ถือได้ว่าปริมาตรคงตัว  ดังนั้นความหนาแน่นของของเหลวจึงมีค่าคงตัว

เกือบลืมอีกแล้ว   
อุณหภูมิของของสารที่เปลี่ยนแปลงไป มีผลทำให้ความหนาแน่นของสารเปลี่ยนแปลงไปด้วย  ดังนั้นการกำหนดค่าความหนาแน่นของสารที่ละเอียด ควรจะระบุอุณหภูมิของสารนั้นด้วย  เช่นน้ำบริสุทธิ์ ที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส  มีความหนาแน่น 1,000 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร เป็นต้น

ความรู้เพิ่มเติม 
– สสารที่หนาแน่นที่สุดที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติบนโลก คือ ธาตุอิริเดียม มีความหนาแน่นประมาณ 22,650 kg/m^3.
– น้ำที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส มีความหนาแน่น  1,000 kg/m^3   หรือ  10^3  kg/m^3  ใช้เป็นค่ามาตรฐานของความหนาแน่นน้ำ

ความหนาแน่นสัมพัทธ์  เป็นการบอกว่าความหนาแน่นของสารชนิดหนึ่ง มีความหนาแน่นเป็นกี่เท่าของความหนาแน่นของน้ำ(ความหนาแน่น 10^3  kg/m^3 )
ดังนั้นเมื่อต้องการหาความหนาแน่นสัมพัทธ์ของสารใด ให้นำ   10^3  ไปหาร  เช่น ปรอทมีความหนาแน่น 13.6 x 10^3  kg/m^3

ดังนั้น ปรอทมีความหนาแน่นสัมพัทธ์ =  13.6 x 10^3 / 10^3   13.6

ข้อสังเกต   – ความหนาแน่นสัมพัทธ์ไม่มีหน่วย
– ความหนาแน่นสัมพัทธ์ เดิมเรียกว่า ค่าความถ่วงจำเพาะของสาร

ความหนาแน่นของสารผสม   เมื่อนำของเหลวสองชนิดมาผสมเป็นเนื้อเดียวกัน  โดยกำหนดให้สารชนิดที่หนึ่งมีความหนาแน่น และปริมาตรค่าหนึ่ง และสารชนิดที่สองมีความหนาแน่นและปริมาตรอีกค่าหนึ่ง เราสามารถหาความหนาแน่นของสารผสมนี้ได้จากอัตราส่วนของมวลผสมกับปริมาตรผสม  แล้วยังแทนมวลของสารแต่ละชนิดได้ด้วยผลคูณของความหนาแน่นกับปริมาตรของสาร แต่ละชนิด ตามสมการ

การเปรียบเทียบความหนาแน่นของวัตถุ

เมื่อนำวัตถุหย่อนลงในของเหลวแล้วสังเกตการลอยหรือการจมของวัตถุในของเหลว สามารถเปรียบเทียบความหนาแน่นของวัตถุกับความหนาแน่นของของเหลวนั้นได้ ดังนี้

รูปแสดงผลของวัตถุในของเหลว
จากรูปบน  วัตถุ A จมอยู่ที่ก้นภาชนะแสดงว่า ความหนาแน่นของวัตถุ A มากกว่าความหนาแน่นของของเหลว   วัตถุ B ลอยปริ่มๆผิวของเหลว แสดงว่าวัตถุ B มีความหนาแน่นเท่ากับความหนาแน่นของของเหลว   วัตถุ C ลอยพ้นผิวของเหลว แสดงว่าวัตถุ C มีความหนาแน่นน้อยกว่าความหนาแน่นของของเหลว
รูปแสดงการเปรียบเทียบความหนาแน่น อยู่บนความหนาแน่นน้อย อยู่ล่างความหนาแน่นมาก

เรียนรู้เพิ่มเติม ทำไมเรือเหล็กจึงลอยน้ำได้  คลิก ที่นี่

 

ตัวอย่างการนำความรู้เรื่องความหนาแน่นไปใช้


 
ตัวอย่างการประยุกต์ความรู้เรื่องความหนาแน่นในการทำของประดับบ้าน
ตัวอย่างการประยุกต์ความรู้เพื่ออธิบายว่าทำไมในทะเลบางแห่ง คนถึงไมจมน้ำเลย
ไข่เก่า-ไข่ใหม่

 

3 responses

  1. งงอ่าบ . ความหนาแน่น คือไยหยอ . เช่นอารัยอ่างงจุง .เบยเบย

  2. ดีมากอ่ะค้ะ ขอบคุนนนมากน้ะค้ะะะ😄😄

  3. ลักษมี เกษรัตน์ | ตอบกลับ

    Great

ไหนๆ ก็หลงเข้ามาแล้ว ทักทายกันหน่อยก็ดีนะคะ ^o^

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s