Kütle, hacim ve yoğunluk ilişkisi; yoğunluk hesaplama; yüzme ve batma; suyun özel durumu ve günlük hayattaki önemi.
Yoğunluk nedir?
Bir kilogram pamuk ile bir kilogram demirin kütlesi aynıdır; ama pamuk çok daha fazla yer kaplar. Aradaki fark yoğunluktur.
Birim hacimdeki madde miktarına (kütleye) yoğunluk denir.
Yoğunluk = Kütle ÷ Hacim (d = m ÷ V)
- Birimi g/cm³ ya da g/mL’dir. (1 mL = 1 cm³)
- Yoğunluk saf maddeler için ayırt edici bir özelliktir: Aynı sıcaklıkta her saf maddenin yoğunluğu farklıdır.
- Aynı maddenin büyük ya da küçük parçasının yoğunluğu aynıdır. Bir demir çivi ile bir demir köprünün yoğunluğu eşittir.
Yoğunluk hesaplama
Örnek 1: Kütlesi 54 g, hacmi 20 cm³ olan bir metal parçası:
d = 54 ÷ 20 = 2,7 g/cm³ → Bu yoğunluk alüminyuma aittir.
Örnek 2: Düzgün olmayan bir taşın hacmini bulmak için taşırma yöntemi kullanılır: Dereceli silindirde 50 mL su varken taş atılınca su 65 mL’ye çıkarsa taşın hacmi 15 cm³ olur.
| Madde | Yoğunluk (g/cm³) |
|---|---|
| Hava | ≈ 0,0013 |
| Ayçiçek yağı | 0,92 |
| Buz | 0,92 |
| Su (4 °C) | 1 |
| Alüminyum | 2,7 |
| Demir | 7,9 |
| Altın | 19,3 |
Yüzme ve batma
Bir cisim bir sıvıya bırakıldığında:
- Cismin yoğunluğu sıvınınkinden küçükse cisim yüzer.
- Cismin yoğunluğu sıvınınkine eşitse cisim askıda kalır.
- Cismin yoğunluğu sıvınınkinden büyükse cisim batar.
Birbirine karışmayan sıvılar (su ve yağ gibi) aynı kaba konursa yoğunluğu büyük olan altta, küçük olan üstte toplanır.
💡 Dev demir gemiler neden yüzer? Gemilerin içi büyük oranda hava doludur; geminin toplam yoğunluğu (demir + hava) sudan küçük olur.
Suyun özel durumu
Maddelerin çoğu katı hâlde sıvı hâlinden daha yoğundur. Su ise bir istisnadır: Buzun yoğunluğu (0,92 g/cm³) sıvı suyun yoğunluğundan (1 g/cm³) küçüktür. Bu yüzden buz suda yüzer.
Yaşam için önemi: Kışın göller yüzeyden donar. Üstteki buz tabakası bir yalıtkan gibi davranır ve alttaki suyun donmasını önler. Böylece balıklar ve diğer su canlıları kışı buzun altındaki sıvı suda geçirebilir.
⚠️ Kışın dışarıda bırakılan dolu cam şişeler çatlayabilir: Su donarken hacmi artar (yoğunluğu azalır).
Kavramlar
- Yoğunluk
- Birim hacimdeki kütle.
- Ayırt edici özellik
- Bir maddeyi diğerlerinden ayırmaya yarayan, o maddeye özgü özellik.
- Taşırma yöntemi
- Düzensiz cisimlerin hacmini, taşırdığı ya da yükselttiği su miktarıyla bulma.
- Yoğunluk = kütle ÷ hacim (g/cm³)
- Yoğunluk saf maddeler için ayırt edicidir
- Aynı maddenin her parçasının yoğunluğu aynıdır
- Sıvıdan az yoğun cisim yüzer, çok yoğun cisim batar
- Karışmayan sıvılarda yoğun olan altta
- Buz sudan az yoğundur, göller yüzeyden donar
Örnek soru ve çözümü
Kütlesi 237 g ve hacmi 30 cm³ olan bir anahtarlık hangi metalden yapılmış olabilir? (Demir 7,9 g/cm³, alüminyum 2,7 g/cm³)
d = 237 ÷ 30 = 7,9 g/cm³. Bu yoğunluk demire aittir.
Çözümlü örnekler
1. Kütlesi 40 g, hacmi 40 cm³ olan maddenin yoğunluğu nedir? Kolay
Çözüm40 ÷ 40 = 1 g/cm³.
2. Yoğunluğu 0,8 g/cm³ olan bir tahta parçası suya bırakılırsa ne olur? Orta
ÇözümSuyun yoğunluğu (1 g/cm³) daha büyük olduğu için tahta yüzer.
3. Bir demir bilye ikiye kesiliyor. Parçaların kütlesi, hacmi ve yoğunluğu nasıl değişir? Zor
ÇözümHer parçanın kütlesi ve hacmi azalır (yarıya iner), ama yoğunluk değişmez; 7,9 g/cm³ olarak kalır.
Sık yapılan hatalar
- Büyük cisimlerin yoğunluğunun her zaman büyük olduğunu sanmak.
- Ağır cisimlerin hep battığını düşünmek.
- Buzun sudan yoğun olduğunu sanmak.
Biliyor muydun?
Ölü Deniz’in suyu çok tuzlu olduğu için yoğunluğu çok yüksektir. Orada yüzme bilmeyen biri bile batmadan su üstünde gazete okuyabilir!