Yoğunluk (Özkütle) Nedir? Yoğunluk Kulesi Deneyi ile Öğrenin!

Kimi zaman özkütle olarak da bilinen yoğunluk, ya da daha teknik ismiyle hacimsel kütle yoğunluğu, belli bir hacimde bulunan kütle miktarının ölçüsüdür. Genellikle $\rho$ (Yunancada "rho") ile temsil edilir ve matematiksel olarak aşağıdaki gibi tanımlanır:

$\rho =\genfrac{}{}{0ex}{}{m}{V}$

Bu formülde $m$ kütle, $V$ ise hacimdir. Bu kavram ile oldukça ilişkili olan bir diğer kavram, spesifik ağırlık kavramıdır. Bunu hesaplamak için formülde kütle yerine, kütlenin kütleçekim ivmesi ($g$) ile çarpımı sonucu elde edilen ağırlık ($W=mg$) kullanılır.

Özkütlenin en yaygın olarak kullanıldığı alanlar kaldırma kuvveti, malzeme paketlenmesi ve saflık gibi alanlardır.

Burada da işin kaldırma kuvveti ile ilişkisini gösteren hoş bir örnek göreceğiz. Aşağıdaki fotoğrafta gördüğünüz, yoğunluk kulesi denen bir yapıdır.

YouTube

Her cismin kendine ait bir yoğunluğu vardır. Bunu, kabaca bir maddenin ne kadar "sıkıca paketlendiği"nin ölçüsü olarak düşünebilirsiniz. Belirli bir hacme ne kadar madde sığdığının bir ölçüsüdür.

Örneğin markete gidip alışveriş yaptığınızda, size genellikle sabit boyda bir poşet (torba) verilir. Bu poşeti çeşitli şekillerde doldurabilirsiniz: İsterseniz aldığınız sadece birkaç ürünü poşete doldurarak içini büyük oranda boş (sadece havayla dolu) bırakabilirsiniz. İsterseniz torbayı ağzına kadar aldıklarınızla doldurursunuz. İkinci durumda torbanın sadece kütlesi değil, yoğunluğu da artar. Çünkü siz cisimleri torbaya doldurdukça, torbanın hacmi neredeyse genişlememektedir. Bu durumda, sabit bir hacme sığan cisimlerin miktarı, yani genel olarak torba içerisindeki alanın yoğunluğu artmaktadır. 

Genel bir fizik yasası olarak, yoğunluğu az olan cisimler, yoğunluğu daha fazla olan cisimlerin üzerinde yüzerler. Tabii ki bu genellikle birbiri içerisinden akabilen ya da geçebilen cisimler için geçerlidir: yani gazlar ve sıvılar için. Aslında katılar için de geçerlidir, ancak iki katıyı üst üste koyduğunuzda, birbirleri içerisine genellikle nüfuz edemedikleri için, yer de değiştiremezler. Dolayısıyla yoğunlukları cisimlerin konumlanmasında bir rol oynayamaz. Fakat eğer ki bir katıyı, içerisinde hareket edebileceği bir sıvının veya gazın içerisine bırakacak olursanız, yoğunluklara bağlı olarak sıvı veya gaz içerisinde katı belli bir yerde kalacaktır: batacaktır, yüzecektir veya yüzeyde kalacaktır. Aynı şey sıvı-sıvı, sıvı-gaz ve gaz-gaz etkileşimleri için de geçerlidir. 

Bu fotoğrafta gördüğünüz kulede, günlük hayatta görebileceğiniz çok sayıda farklı cisim yoğunluklarına göre bir kap içerisinde belirli konumlar almaktadır. Kap içerisinde yukarıdan aşağıya doğru indikçe, karşılaştığınız cisimlerin yoğunlukları da artmaktadır. Çünkü daha yoğun olanlar, daha dibe çökmeye meyillidir; daha az yoğun olanlarsa diğerlerinin üzerinde kalırlar. Bunu siz de evinizde deneyebilir ve sonuçlarınızı bize iletebilirsiniz!