Gęstość

Gęstość, masa właściwa – stosunek masy pewnej ilości substancji do zajmowanej przez nią objętości.

W przypadku substancji jednorodnych porcja ta może być wybrana dowolnie. Jeśli masa równa jest  a jej objętość  to gęstość substancji wynosi:
 

i nie zależy od wyboru próbki.

Gęstość substancji niejednorodnych jest zależna od miejsca w przestrzeni i określana jest dla każdego punktu, jako granica stosunku masy do objętości, przy zmniejszaniu objętości obejmującej dany punkt:
 

Jednostką gęstości w układzie SI jest kilogram na metr sześcienny – kg/m³. Inne jednostki to m.in. kilogram na litr – kg/l oraz gram na centymetr sześcienny – g/cm³ (w układzie CGS).

Gęstość jest wielkością charakterystyczną dla substancji w określonych warunkach fizycznych. Dla większości substancji jest zależna od panujących warunków, w szczególności od temperatury i ciśnienia. W związku z tym w tablicach opisujących właściwości materiałów podaje się ich gęstość zmierzoną w określonych warunkach; przeważnie są to warunki standardowe lub normalne.

Znajomość gęstości pozwala na obliczenie masy określonej objętości substancji. Dla substancji jednorodnej zachodzi
 

a dla ciał niejednorodnych, w danym punkcie obliczamy całkę po każdej elementarnej objętości w pozycji 
 

Gęstość ciał stałych i ciekłych można wyznaczyć przez ważenie próbek o znanej objętości. Przy wyznaczaniu gęstości cieczy stosuje się również areometry. Areometry wypełnione cieczą o znanej gęstości mogą służyć do wyznaczania gęstości innych cieczy. Przy wyznaczaniu gęstości gazów stosuje się między innymi ważenie naczyń z gazem o różnym ciśnieniu gazu.

Gęstość większości substancji zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury (jednym z wyjątków jest woda w temperaturze poniżej 4 °C). Zjawisko to wynika z rozszerzalności cieplnej ciał. Podczas przemian fazowych gęstość zmienia się skokowo (w temperaturze przemiany), podczas krzepnięcia zazwyczaj wzrasta (najbardziej znanymi wyjątkami są woda, żeliwo, a z pierwiastków bizmut, gal i german).

Spośród pierwiastków, w warunkach normalnych, największą gęstość mają osm (22 600 kg/m³) oraz iryd (22 400 kg/m³), dla porównania gęstość ołowiu jest dwukrotnie mniejsza.

Gęstość a ciężar właściwy 
W odróżnieniu od ciężaru właściwego gęstość nie zależy od siły ciążenia; w warunkach nieważkości gęstość pozostaje taka sama jak w warunkach ciążenia (podobnie jak masa), a ciężar właściwy wynosi wtedy zero (podobnie jak siła ciężkości).

Gęstość a lepkość 
Określenie gęstość jest potocznie używane do określania lepkości; w znaczeniu technicznym lepkość i gęstość opisują inne wielkości (przykładowo woda ma większą gęstość od mineralnego oleju smarnego, ale mniejszą lepkość).

Gęstość ciał stałych 
Gęstość ciał stałych w (kg/m³) w 20 °C

Gęstość cieczy 
Gęstość cieczy w (kg/m³) w 22 °C
 aceton – 790
 alkohol etylowy – 790
 alkohol metylowy – 790
 benzen – 880
 benzyna – 700
 eter etylowy – 716
 krew ludzka – 1050
 kwas azotowy – 1410
 kwas octowy – 1050
 kwas siarkowy – 1840
 kwas solny – 1190
 mleko – 1030
 nafta – 810
 oliwa – 920
 olej rycynowy – 950
 rtęć – 13546
 toluen – 870
 woda – 997,8

Gęstość gazów 
Gęstości gazów w (kg/m³) w 20 °C pod ciśnieniem normalnym
 acetylen – 1,16
 amoniak – 0,76
 argon – 1,780
 azot – 1,25
 butan – 2,703
 chlor – 3,21
 chlorowodór – 1,64
 deuter – 0,188
 dwutlenek azotu – 2,05
 dwutlenek siarki – 2,83
 dwutlenek węgla – 1,96
 etan – 1,32
 fluor – 1,69
 hel – 0,178
 jodowodór – 5,245
 ksenon – 5,396
 metan – 0,71
 powietrze – 1,20
 propan – 2,019
 siarkowodór – 1,529
 sześciofluorek siarki – 5,971
 tlen – 1,43 (0 °C)
 tlenek węgla – 1,16 (21,1 °C)
 wodór – 0,08989

Średnia gęstość Wszechświata 
 Gęstość krytyczna
 

gdzie  – stała Hubble’a,  – stała grawitacji.
 Obecna średnia gęstość materii (nierelatywistycznej)
 

gdzie  jest parametrem gęstości materii we Wszechświecie (gęstością wyrażoną w jednostkach gęstości krytycznej).

 Dane z 2007:
  i 
 stąd  tzn. mniej niż dwa protony (średnio) w jednym metrze sześciennym,
 z obserwacji wnioskuje się też o istnieniu we Wszechświecie ciemnej energii (stałej kosmologicznej) o parametrze gęstości
 
 co odpowiada gęstości wynoszącej

Przypisy

Bibliografia 
 

Wielkości dynamiczne
Listy związane z fizyką