צפיפות החומר

צפיפות החומר (לעתים נקרא גם משקל סגולי) 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 גדלה עם החימום במקום לקטון, 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

את הצפיפות אפשר לחשב באמצעות הנוסחה:

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

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

היסטוריה

על פי 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 כשהוא עירום וצועק "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) (1 g/cm³ = 1000 kg/m³.)

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
0.0	32.0	999.8425
4.0	39.2	999.9750
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
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
זהב	19300	בטמפרטורת החדר
פלטינה	21450	בטמפרטורת החדר
אוסמיום	22610	בטמפרטורת החדר
אירידיום	22650	בטמפרטורת החדר
ליבת השמש	~150000
ננס לבן	1 × 109
גרעין האטום	2.3 × 1017	בלתי תלוי בגודל הגרעין
כוכב נייטרונים	8.4 × 1016 − 1 × 1018
חור שחור	4 × 1017	צפיפות תאורטית ממוצעת בתוך רדיוס שוורצשילד של חור שחור בעל מסה של כדור הארץ.