ความหนาแน่น ของสสารคืออะไร และความหนาแน่นเปลี่ยนแปลงได้อย่างไร

ความหนาแน่น (Density) ของสสาร

ความหนาแน่น (Density) คืออัตราส่วนของมวลต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร ซึ่งเป็นสมบัติพื้นฐานทางกายภาพของสสาร โดยวัตถุที่มีมวลในหนึ่งหน่วยพื้นที่ที่กำหนดมากเท่าไหร่ ยิ่งแสดงให้เห็นว่าวัตถุดังกล่าวมีความหนาแน่นมากเท่านั้น นอกจากนี้ ความหนาแน่นยังแปรผันตามมวลอะตอม (Atomic Mass) ของธาตุหรือมวลโมเลกุลของสารประกอบอีกด้วย

ความหนาแน่น, ความหนาแน่นของสสาร, ความหนาแน่นของสาร
ภาพแสดงของเหลวแต่ละชนิดที่มี่ความหนาแน่นต่างกัน

สูตรคำนวณความหนาแน่น

ในการคำนวณหาความหนาแน่นของสสารความหนาแน่นมักถูกแสดงผลด้วยสัญลักษณ์ p (โร) ซึ่งเป็นตัวอักษรตัวที่ 17 ในภาษากรีกโดยคำนวณผ่านความสัมพันธ์ระหว่างมวล (Mass) หรือปริมาณเนื้อของสสารที่ถูกบรรจุอยู่ภายในวัตถุต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร (Volume)

p = m/v

โดยหน่วยของความหนาแน่นที่ผู้คนนิยมใช้กันคือ กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (kg/m3) และกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (g/cm3) และจากสูตรการคำนวณหาความหนาแน่นข้างต้นแสดงให้เห็นว่า ความหนาแน่นนั้นเป็นอัตราส่วนของมวลต่อปริมาตรที่ไม่ได้คำนึงถึงปริมาณของวัตถุหรือสารตั้งต้นทั้งหมดที่มีอยู่ในขณะนั้น

ดังนั้น ความหนาแน่นจึงเป็นสมบัติที่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับปริมาณของสสาร (Intensive Property) ซึ่งโดยทั่วไป เราอาจสับสนระหว่างความหนาแน่นกับน้ำหนัก เนื่องจากวัตถุ 2 ชิ้นที่มีปริมาตรเท่ากัน ชิ้นที่มีความหนาแน่นมากกว่ามักมีน้ำหนักที่มากกว่า ซึ่งในความเป็นจริง ความหนาแน่นเป็นความสัมพันธ์ระหว่างมวลต่อปริมาตร จึงไม่สามารถหาข้อสรุปจากการพิจารณามวลหรือปริมาตรของสสารเพียงส่วนเดียว แต่ต้องพิจารณาตัวแปรทั้งสองควบคู่กันไป

อ่านเพิ่มเติม : ความหนาแน่นของน้ำ

ตารางแสดงความหนาแน่นของสสารทั่วไป

สสาร

ความหนาแน่น (g/cm3)

อากาศ

0.0013

ขนนก

0.0025

น้ำแข็ง

0.92

น้ำ

1.00

เหล็ก

7.80

ทอง

19.30

ธาตุออสเมียม(Osmium: Os)

สสารที่มีความหนาแน่นสูงสุดที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติบนโลก

22.59

ธาตุออสเมียม, สสารที่มีความหนาแน่นมากที่สุดในโลก, ความหนาแน่น
แร่ธาตุออสเมียม

อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นของสสารบางชนิดอาจไม่คงที่ในทุกอณูหรือทุกพื้นที่ภายในเนื้อสาร อย่างเช่น อากาศในชั้นบรรยากาศโลก ซึ่งยิ่งอากาศอยู่สูงขึ้นไปเหนือพื้นดินเท่าไหร่ ความหนาแน่นของอากาศจะยิ่งลดน้อยลงเท่านั้นเช่นเดียวกับความหนาแน่นของน้ำทะเลในมหาสมุทร ความหนาแน่นของน้ำจะยิ่งสูงขึ้น เมื่อระดับความลึกของน้ำทะเลเพิ่มมากขึ้นดังนั้น สูตรการคำนวณหาความหนาแน่นของสสารข้างต้นจึงเป็นการคำนวณหาความหนาแน่นเฉลี่ยของสารโดยทั่วไป

นอกจากนี้ ความหนาแน่นของสสารยังขึ้นอยู่กับปัจจัยทางสภาวะแวดล้อมอีกด้วยเช่น อุณหภูมิ (Temperature) และความดัน (Pressure) โดยเฉพาะความหนาแน่นของก๊าซที่มักจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิและความดันได้ง่ายกว่าสสารในสถานะอื่นซึ่งโดยทั่วไป วัตถุจำนวนมากจะขยายตัวเมื่อได้รับความร้อนและจากการที่วัตถุขยายตัวขึ้นนั้น ส่งผลให้ปริมาตรของวัตถุเพิ่มสูงขึ้นตามไปด้วย เมื่อปริมาตรเพิ่มมากขึ้นความหนาแน่นของวัตถุดังกล่าวจึงลดลง ซึ่งปรากฏการณ์ทางธรรมชาตินี้สามารถเกิดขึ้นได้ในสสารทุกสถานะ ทั้งที่เป็นของแข็งของเหลวและก๊าซ

ความหนาแน่น, การลอยตัว, บอลลูน
บอลลูนใช้หลักการเรื่องความหนาแน่นเพื่อให้ลอยขึ้นไปได้

ความถ่วงจำเพาะ(Specific Gravity) และการใช้ประโยชน์

จากการศึกษาและค้นคว้าเกี่ยวกับความหนาแน่นของสสาร ทำให้เกิดแนวคิดเรื่อง “ความถ่วงจำเพาะ” (Specific Gravity) หรืออัตราส่วนของความหนาแน่นของวัตถุต่อความหนาแน่นของน้ำดังนั้น วัตถุที่มีความถ่วงจำเพาะน้อยกว่า 1 (ความหนาแน่นของน้ำอยู่ที่ราว 1 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร) จะสามารถลอยอยู่เหนือผิวน้ำได้ ขณะที่วัตถุซึ่งมีความถ่วงจำเพาะมากกว่า 1 มักจมลงใต้ผิวน้ำ มนุษย์นำแนวคิดเรื่องความหนาแน่นและความถ่วงจำเพาะมาใช้ประโยชน์มากมาย โดยเฉพาะการสร้างยานพาหนะต่างๆ เช่น เรือเดินสมุทร บอลลูน หรือเครื่องบิน นอกจากนี้ ความหนาแน่นยังใช้ในการระบุและจัดจำแนกแร่ธาตุหรือองค์ประกอบของหินต่างๆ อีกด้วย

สืบค้นและเรียงเรียงโดย
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


ข้อมูลอ้างอิง

http://www.narit.or.th/index.php/astronomy-article/766-degeneration-material

https://www.visionlearning.com/en/library/General-Science/3/Density/37

https://www.thoughtco.com/what-is-density-definition-and-calculation-2698950

https://www.worldatlas.com/articles/what-is-density.html

https://il.mahidol.ac.th/e-media/ap-physics2/lesson7_1.html


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : สสาร และการเปลี่ยนแปลงสถานะ (States of Matter)

เรื่องแนะนำ

ดาวเสาร์ กลายเป็นดาวเคราะห์ที่มีดาวบริวารมากที่สุด หลังค้นพบดวงจันทร์เพิ่มเติม

ในเดือนตุลาคม ปี 2016 ยานอวกาศแคสซินีของนาซาจับภาพล่าสุดของ ดาวเสาร์ และวงแหวนของมันไว้ได้ เกือบสามปีให้หลัง นักดาราศาสตร์ได้ประกาศค้นพบดวงจันทร์ดวงเล็ก 20 ดวงโคจรรอบดาวเสาร์ รวมทั้งสิ้นเป็นจำนวน 82 ดวง ภาพถ่ายโดย NASA/JPL-CALTECH/SPACE SCIENCE INSTITUTE จากการค้นพบบรรดาดวงจันทร์บริวารใหม่ครั้งนี้ ดาวเสาร์ ได้เอาชนะดาวพฤหัสบดีในฐานะดาวเคราะห์ที่มีดวงจันทร์บริวารมากที่สุดในระบบสุริยะจักรวาล ดาวพฤหัสบดีอาจได้ชื่อว่าเป็นจ้าวแห่งระบบสุริยะจักรวาล แต่ทว่าดาวเสาร์นั้นมีดาวบริวารมากกว่า ในวันนี้ นักดาราศาสตร์ได้ประกาศว่า พวกเขาได้ค้นพบดวงจันทร์บริวารใหม่รอบดาวเสาร์ 20 ดวง รวมเป็นจำนวน 82 ดวง ซึ่งเป็นจำนวนดวงจันทร์ที่มากที่สุดในระบบสุริยะจักรวาล การเอาชนะของดาวเสาร์ในครั้งนี้เกิดขึ้นหนึ่งปีภายหลังการประกาศว่ามีการค้นพบดวงจันทร์ดวงใหม่ 12 ดวงรอบดาวพฤหัสบดี แต่ในวันนี้ ดาวเสาร์ได้เอาชนะจำนวนดวงจันทร์บริวารของดาวพฤหัสบดีที่มีอยู่ 79 ดวงแล้ว โดยดวงจันทร์ที่มีขนาดค่อนข้างเล็กเหล่านี้สามารถช่วยให้นักดาราศาสตร์มีความเข้าใจการชนกัน (collisions) ที่เกิดขึ้นในช่วงต้นของระบบสุริยะจักรวาลได้มากยิ่งขึ้น และช่วยให้พวกเขากำหนดเป้าหมายของการสำรวจบรรดาดาวแก๊สยักษ์ (ดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ที่ไม่ได้มีองค์ประกอบของหินหรือสสารแข็ง ในระบบสุริยะมีดาวแก๊สยักษ์ 4 ดวงคือ ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน) ในอนาคต โดยในตอนนี้ มีภารกิจสำรวจอวกาศที่เกี่ยวข้องกับดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์อยู่ 3 ภารกิจ […]

การสืบพันธุ์ของพืช : การสร้างเซลล์สืบพันธ์ของพืชดอก

กระบวนการสร้าง เซลล์สืบพันธุ์ของพืชดอก เกิดขึ้นในเกสรตัวผู้ และเกสรตัวเมีย เซลล์สืบพันธุ์ของพืชดอก มี 2 ชนิด คือ เซลล์สืบพันธุ์เพศผู้ และเซลล์สืบพันธุ์เพศเมีย เซลล์สืบพันธุ์ทั้งสองมีขั้นตอนในการแบ่งเซลล์ เพื่อลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่ง และเมื่อเกิดการปฏิสนธิ จำนวนโครโมโซมจะมีจำนวนเท่าเดิมอีกครั้ง (ขอมูลเพิ่มเติม : โครงสร้างของดอกไม้) เซลล์สืบพันธุ์เพศผู้ (male gamete) เกิดขึ้นภายในอับเรณู (anther) โดยมีไมโครสปอร์มาเทอร์เซลล์ (microspore mother cell) แบ่งเซลล์แบบไมโอซีส 1 ครั้ง ได้ 4 ไมโครสปอร์ (microspore) แต่ละเซลล์มีโครโมโซมเท่ากันตือ n หลังจากนั้นนิวเคลียสของแต่ละเซลล์จะแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสได้ 2 นิวเคลียสคือ เจเนอเรทีฟนิวเคลียส (generative nucleus) และ ทิวบ์นิวเคลียส (tube nucleus) เรียกเซลล์ในระยะนี้ว่า ละอองเรณู (pollen grain) หรือแกมีโทไฟต์เพศผู้ (male gametophyte) เมื่อละอองเรณูแก่เต็มที่อับเรณูจะแตกออกทำให้ละอองเรณูกระจายออกไปพร้อมที่จะผสมพันธุ์ต่อไป ลักษณะของละอองเรณูมีความแตกต่างกันทั้งขนาด รูปร่าง […]

พบเครื่องมือหินเก่าแก่ที่สุดนอกทวีปแอฟริกา

จากหลักฐานที่พบใหม่ในจีนนี้บ่งชี้ว่าบรรพบุรุษญาติห่างๆ ของมนุษย์เดินเท้าอพยพออกจากทวีปแอฟริกาเร็วกว่าที่คาดคิดกันไว้มาก ทว่าพวกเขาคือใครยังคงไม่มีคำตอบที่ชัดเจน

ยลโฉมชุดอวกาศแห่งอนาคต

ยลโฉม ชุดอวกาศ แห่งอนาคต แฟชั่นใหม่จากอีลอน มัสก์ ชุดอวกาศ ล่าสุดจาก SpaceX ออกแบบได้อย่างน่าทึ่ง ภาพถ่ายของชุดอวกาศแบบใหม่นี้ถูกเผยแพร่ผ่านทางอินสตาแกรมของเขา เมื่อช่วงเช้าของวันพุธที่ 23 สิงหาคมที่ผ่านมา นับเป็นการเปิดตัวชุดอวกาศครั้งแรกโดย SpaceX ตัวชุดเห็นเฉพาะแค่ด้านบนจากเอวขึ้นไปเท่านั้น ออกแบบด้วยสีดำและสีขาว แตกต่างจากชุดอวกาศอันใหญ่โต เทอะทะ ที่เราคุ้นตากันจากนาซ่าโดยสิ้นเชิง ที่อวกาศ เมื่อปราศจากการปกป้องจากชั้นบรรยากาศของโลก ชุดอวกาศมีหน้าที่ควบคุมแรงดันและอุณหภูมิ ให้ออกซิเจน ตลอดจนปกป้องร่างกายมนุษย์จากรังสีต่างๆ และยังต้องเอื้อให้เคลื่อนไหวร่างกายและติดต่อสือสารได้อีกด้วย เมื่อถามมัสก์ว่ายากแค่ไหนกับการผนวกแฟชั่นและการใช้งานเข้าด้วยกัน เขาตอบว่ายากมาก แต่ในที่สุดแล้วแม้ชุดอวกาศรุ่นใหม่นี้จะดูมีความเป็นแฟชั่นสูง แต่ก็เพียบพร้อมไปด้วยคุณสมบัติทุกอย่างช่นที่ชุดอวกาศควรมี “และผ่านการทดสอบภายใต้แรงดันสูงแล้ว” เขากล่าว อย่างไรก็ตามชุดอวกาศที่ดูบอบบางนี้ไม่ได้ถูกใช้สำหรับการออกไปยังนอกอวกาศ แต่ชุดนี้จะช่วยปกป้องลูกเรือที่เดินทางไปกับยานสำรวจ ในกรณีที่ความดันเกิดการเปลี่ยนแปลงขึ้นภายในห้องโดยสาร ส่วนสำหรับนักบินระดับสูงเองก็จะสวมใส่ชุดที่คล้ายกัน เพื่อไม่ให้ร่างกายของเขาได้รับอันตรายจากแรงดันที่ลดลง มีแนวโน้มว่าชุดอวกาศรุ่นใหม่นี้จะถูกสวมใส่โดยนักบินอวกาศจาก SpaceX ที่มีเป้าหมายเดินทางไปยังสถานีอวกาศนานาชาติหรือไกลกว่านั้น บรรดาผู้ที่สนใจต่างรอคอยที่จะยลโฉมชุดอวกาศนี้ แผนงานเริ่มต้นตั้งแต่ปี 2015 และมัสก์เองก็กล่าวกับฝ่ายดีไซเนอร์และวิศวกรว่าตัวเขาต้องการให้ชุดนี้เป็น “ชุดที่เจ๋งที่สุด” ย้อนกลับไปเมื่อเดือนพฤษภาคม ปี 2016 มัสก์จ้าง โจส เฟอร์นานเดส นักออกแบบเครื่องแต่งกายประจำฮออลลีวูด ผู้อยู่เบื้องหลังเครื่องแต่งกายของภาพยนตร์ชื่อดังอย่าง Batman, The […]