צפיפות החומר

צפיפות החומר (לעיתים נקרא גם צפיפות המסה) של גוף היא המסה שלו ליחידת נפח. הצפיפות נמדדת ביחידות של מסה לנפח, למשל בגרם לסמ"ק (g/cm³) או בק"ג למטר מעוקב (kg/m³). את הצפיפות נהוג לסמל באמצעות האות היוונית רו (ρ).

חומר שצפיפותו קטנה יותר, צף על גבי נוזל שצפיפותו גדולה יותר. לכן עץ צף על פני המים, וברזל שוקע במים. כאשר מחממים חומר, נפחו גדל בלי שמסתו משתנה, ועל כן צפיפותו קטנה. יוצא דופן מבחינה זו הם מים בטמפרטורות שבין 0 - 4 מעלות צלזיוס. בתחום זה, צפיפות המים קטנה עם הקירור במקום לגדול, תופעה הקרויה "האנומליה של המים". תופעה זו מתקיימת גם בקרח, שצפיפותו קטנה משל המים, ולכן קרחונים צפים על פני המים ומאפשרים לדגים לחיות במים בטמפרטורה של 4 מעלות גם כאשר הטמפרטורה באוויר נמוכה בהרבה מאפס מעלות.

ביטוי מתמטי

$V\rho =m$

• $\rho$ - צפיפות
• $\!\,m$ - מסה
• $\!\,V$ - נפח

היסטוריה

אנקדוטה מפורסמת שסופרה על ידי ויטרוביוס בכרך התשיעי של הספר "על אודות האדריכלות", התבקש ארכימדס לקבוע האם הכתר של המלך היירון השני עשוי מזהב טהור. כדי למצוא את הרכב הכתר היה צריך להשוות את נפחו לנפח של כתר זהב באותו משקל, אולם אז לא ידעו איך למדוד את נפח הכתר שהצורה שלו מורכבת ולא צורה גאומטרית פשוטה. בעת שארכימדס רחץ באמבט ציבורי הוא הבין שגופו השקוע באמבט דוחה כמות מים השווה לנפח גופו. בדרך זו הוא למד כיצד למדוד נפח של גוף כלשהו. מרוב התלהבות יצא בריצה לרחוב וצעק "אאורקה!" (מצאתי). הסיפור ככל הנראה לא מדויק משום שהבדלי הנפח בין כתר זהב לכתר מזויף באותו משקל, יגרמו לעליית פני המים בהפרש קטן מדי מכדי שיבחינו בו במכשירי המדידה של אותם ימים.

יחידות מידה

מערכת היחידות הבינלאומית SI:

• קילוגרם למטר מעוקב (kg/m³)
• גרם לסנטימטר מעוקב (gr/cm³, כאשר 1 גרם לסמ"ק שווה ל-1000 ק"ג למטר מעוקב)

מערכת היחידות הבריטית או של ארצות הברית:

• אונקיות לאינץ' מעוקב (oz/in³)
• ליברה לאינץ' מעוקב (lb/in³)
• ליברה לפיט מעוקב (lb/ft³)
• ליברה ליארד מעוקב (lb/yd³)
• ליברה לגלון (lb/gal)

צפיפות המים

טמפרטורה		צפיפות בלחץ 1 אטמוספירה
מעלות צלזיוס °C	מעלות פרנהייט °F	ק"ג למטר מעוקב
−30	−22	983.854
−20	−4	993.547
−10	14	998.117
0	32.0	999.8395
4.0	39.2	999.9720
15.0	59.0	999.1026
20.0	68.0	998.2071
25.0	77.0	997.0479
37.0	98.6	993.3316
50.0	122.0	988.04
100.0	212.0	958.3665

צפיפות האוויר

טמפרטורה במעלות צלזיוס °C	צפיפות בק"ג למטר מעוקב (בלחץ 1 אטמוספירה)
10-	1.342
5-	1.316
0	1.293
5	1.269
10	1.247
15	1.225
20	1.204
25	1.184
30	1.164

צפיפות של חומרים שונים

חומר	צפיפות בק"ג למ"ק	הערות
תווך בין-כוכבי	10−25 − 10−15	הערכה של 90% מימן, 10% הליום וטמפרטורה משתנה
אטמוספירת כדור הארץ	1.2	בגובה פני הים
אירוג'ל	1 − 2
קצף פוליסטירן	30 − 120
שעם	220 − 260
מים מתוקים	1000
מי ים	1030
פלסטיק	850 − 1400	פוליפרופילן ו-פי וי סי
הליום	0.1785
גליצרול	1261
כדור הארץ	5515.3	צפיפות ממוצעת
ברזל	7874	בטמפרטורת החדר
נחושת	8920 − 8960	בטמפרטורת החדר
עופרת	11340	בטמפרטורת החדר
גלעין כדור הארץ	~13000
אורניום	19100	בטמפרטורת החדר
טונגסטן	19250	בטמפרטורת החדר
כספית	13600
כסף	10460	בטמפרטורת החדר
זהב	19300	בטמפרטורת החדר
פלטינה	21450	בטמפרטורת החדר
אירידיום	22560	בטמפרטורת החדר
אוסמיום	22590	בטמפרטורת החדר
ליבת השמש	~150000
ננס לבן	‎1×109‎
גרעין האטום	‎2.3×1017‎	בלתי תלוי בגודל הגרעין
כוכב נייטרונים	‎1×1018‎ - ‎8.4×1016‎
חור שחור	‎4×1017‎	צפיפות תאורטית ממוצעת בתוך רדיוס שוורצשילד של חור שחור בעל מסה של כדור הארץ.

ראו גם

• הטרמוסקופ של גלילאו
• חוק ארכימדס

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא צפיפות החומר בוויקישיתוף