質量と密度

質量と密度は、あらゆる物質の物理的特性であり、物質だけでなく、人間が使用・応用する上でも重要である。質量や密度よりも、長さや幅、高さといった物性の方が目につきやすいが、実はこれらの物性は物質にとってより重要である。質量は物体を構成する物質の量を表し、密度はその物質が必要とする、あるいは満たす空間の量を表します。質量と密度の区別は非常に単純で無害に思えるかもしれませんが、微妙な違いがありますので、この記事で説明します。

石は同じ大きさの紙玉よりも密度が高いことは、誰もが知っていることです。これは、一定の体積を持つ物体は相対的に重くなるからです。紙玉と石は同じ体積ですが、石は紙より重いのです。また、密度は物質の分子の近さのことでもある。これは明らかに、泡でできたカップはセラミックでできたカップよりも密度が低いことを意味します。最も単純な定義では、物質の密度は単位体積あたりの質量です。

物質の密度と水の密度を比較する練習を知る必要があります。これは、水の密度を1とすると、密度の高い物体は水に沈み、水より密度の低い物体は上に浮くことになるからです。石油は水より密度が低いので、そうでなければタンカーから流出した石油は海に沈み、すべての水生生物が死んでいただろうから、ありがたいことである。流出した油は地表に浮き続け、さまざまな方法で回収することができます。

質量と密度の違いの概念は、巨大な質量を持つ船が水面に浮かぶ様子を説明するのに非常に有効です。船はどんなに大きくても重くても、密度が1.0g/cm3を超えない限り沈むことはない。船は構造上、鋼材が多く使われていて重いのですが、サイズが大きいので密度が1g/cc以下に抑えられ、水面に浮いているような状態になります。

なぜ、マグマが火口にたどり着くと思うのですか？この溶岩の混合物は周囲の岩石よりも軽いため、マグマは溶岩となって火山から流出する。海における質量と密度の非常に興味深い応用例として、海水があります。海水は、表面の水が底の水より暖かいのです。これは、温かい水は冷たい水よりも軽いため、水面上に上がってくるからです。

質量と密度の違いを最もよく表しているのは、熱気球だろう。空気は加熱されると密度が低くなり、大気密度より低くなると、風船はより冷たく、より密度の高い空気の上に浮き始めます。