Gęstość bezwzględną albo inaczej masę właściwą ciała określa się jako stosunek masy danego ciała do jego objętości

gdzie ρ- gęstość ciała, m- masa; V- objętość

Wymiarem gęstości bezwzględnej w układzie SI jest
.

Gęstość ciała zmienia się wraz ze zmianą temperatury, dlatego przy pomiarze gęstości należy podać temperaturę w jakiej dokonano pomiaru. W praktyce często interesuje nas ile razy gęstość badanego ciała jest większa (lub mniejsza) od gęstości ciała porównawczego.

Gęstością względną (objętość) nazywamy stosunek gęstości bezwzględnej ciała badanego (
) do gęstości bezwzględnej ciała porównawczego
. Gęstością porównawczą jest najczęściej gęstość wody destylowanej w temp. Pomiaru lub w temp. 4˚C.

Ciężarem właściwym ciała nazywamy stosunek jego ciężaru (P) do objętości (V). Ciężar ciała jest to siła jaką ziemia przyciąga ciało i mierzy się ją w N. W układzie SI jednostką ciężaru właściwego jest
.

Związek między ciężarem właściwy a gęstością jest następujący:

gdzie g- przyspieszenie ziemskie

W praktyce rolniczej używa się nie raz pojęcia ciężar absolutny. Jeżeli np. z próbki ziarna pobranej do analizy weźmiemy kilka ziaren, zważymy je i ich ciężar podzielimy przez liczbę ziaren, to otrzymamy średni ciężar ziarenka zwany ciężarem absolutnym.

Gęstość ciał wyznaczamy na podstawie definicji:
. Istnieją różne sposoby wyznaczania gęstości ciał, w każdym jednak przypadku sprowadza się to do wyznaczenia masy i objętości danego ciała.

Wyznaczenie masy ciała za pomocą wagi nie sprawia na ogół trudności, lecz wyznaczenie objętości w sposób bezpośredni jest możliwe tylko dla brył foremnych, których objętość wyraża się odpowiednim wzorem geometrycznym. Mierzymy wówczas odpowiednie odcinki (krawędzie, promienie wysokości) za pomocą suwmiarki i śruby mikrometrycznej samą zaś objętość obliczamy z odpowiedniego wzoru. Objętość brył nieforemnych oraz cieczy mierzymy menzurką. Jest to jednak pomiar niedokładny. Podstawowym przyrządem do pomiaru ciężaru właściwego cieczy jest areometr. Gęstość gazu można obliczyć jako stosunek masy molowej do objętości molowej ( V=
).

Pomiar gęstości metodą hydrostatystycznego ważenia.

Pomiar ten jest oparty na prawie Archimedesa: Na ciało zanurzone w płynie (w cieczy lub gazie) działa wypadkowe parcie zwrócone do góry, które jest równe ciężarowi płynu o objętości zanurzonego ciała. Parcie to nazywamy wyporem hydrostatycznym (aerostatycznym). Przyczyną wyporu hydrostatystycznego jest różnica ciśnień hydrostatycznych działających z dołu i z góry na zanurzone ciało ( p=
. Ciśnienia boczne się równoważą. Podobnie jest w gazach w których jednak przy niewielkich objętościach ciał zanurzonych wybór jest bardzo mały i jest brany pod uwagę jedynie w pomiarach bardzo dokładnych. Jeżeli objętość ważonego ciała jest taka sama jak objętość użytych odważników to wybór nie ma żadnego wpływu na wynik ważenia.

Badane ciało ważymy w powietrzu ( ciężar P) oraz zanurzone w wodzie ( ciężar Q). Różnica P-Q jest równa ciężarowi wody o objętości badanego ciała całkowicie zanurzonego.

stąd objętość badanego ciała wynosi :
g
- ciężar właściwy wody

Ciężar właściwy badanego ciała wyraża się wzorem

Zależność między ciężarem właściwym danego ciała a jego gęstością wyraża się wzorem
. Czyli ciężar właściwy przybiera wtedy następującą postać:
stąd gęstość ciała, które tonie w wodzie

Gęstość ciała nie tonącego w wodzie wyznaczamy następująco:

Aby spowodować zanurzenie badanego ciała w wodzie co umożliwia wyznaczenie jego objętości, doczepiamy do niego obciążnik metalowy (walec metalowy)

P- ciężar badanego ciała w powietrzu

Q- ciężar badanego ciała w wodzie

R- ciężar obciążnika w wodzie

T- ciężar ciała z obciążnikiem w wodzie

V - objętość badanego ciała

Z prawa Archimedesa wynika, że ciężar ciała w powietrzu jest równy ciężarowi tego ciała w wodzie Q, plus ciężar wody wypartej przez to ciało

Ciężąr T jest sumą ciężarów T= Q + R. Z równań
, T= Q + R obliczamy V

Ciężar właściwy γ badanego ciała wynosi

gęstość zaś tego ciała

Pomiar gęstości cieczy za pomocą piknometru

Pomiar ten polega na wyznaczeniu masy badanej cieczy ( m_c) i masy wody destylowanej (m_w) o tej samej objętości i temperaturze. Piknometr służy do odmierzania tej samej objętości badanej cieczy i wody destylowanej.

,
stąd gęstość względna
gdzie V- objętość badanej cieczy i objętość wody destylowanej równa objętości piknometru, a więc

Oznaczamy masę pustego piknometru przez m₁, masę piknometru z wodą destylowaną przez m₂, masę piknometru z badaną cieczą przez m₃, wówczas
. Na podstawie wzoru
gęstość względna wynosi

gęstość zaś bezwzględna cieczy

Pomiar gęstości ciał stałych za pomocą piknometru

Aby wyznaczyć gęstość należy znaleźć jego masę i objętość.

m₁- masa piknometru z wodą destylowaną

m₂- masa piknometru z wodą plus masa ciała badanego

m₃- masa piknometru z badanym ciałem i wodą pozostałą w piknometrze po wrzuceniu do niego badanego ciała

Masa badanego ciała m wynosi: m = m₂ - m₁ , natomiast objętość badanego ciała równa się objętości wody, jaka wylała się z piknometru po wrzuceniu do niego badanego ciała.

gdzie m_w- masa wody destylowanej,
- gęstość wody ale
więc
. Podstawiając wartości za m i V ze wzorów m = m₂ - m_{1 i}
do wzoru na gęstość otrzymujemy
lub
oraz
.

Prawo Archimedesa

Wyobraźmy sobie. Że wyodrębniliśmy w cieczy znajdującej się w spoczynku pewną objętość. Na ciecz w tej objętości działa pionowo w dół siła ciężkości P przyłożona w środku ciężkości rozważanej masy cieczy. Jeśli całość cieczy pozostaje w spoczynku to znaczy. Że siła cieżkości jest zrównoważona przez oddziaływanie wypadkowe otaczającej cieczy również też P, lecz skierowane pionowo w górę. Niech ciecz w rozważanej objętości skrzepnie zachowując niezmienioną gęstość. gęstość warunkach równowagi nic nie ulegnie zmianie. Zamieńmy wyodrębnioną objętość cieczy przez bryłę z dowolnego materiału o tym samym kształcie i rozmiarach. Oddziaływanie ze strony cieczy pozostaje niezmienione. Ciało zanurzone będzie podlegało wypadkowemu parciu skierowanemu do góry, zwanemu wyporem. Wybór W jest równy ciężarowi takiej ilości cieczy, która ma objętość równą objętości ciała zanurzonego. Innymi słowy wypór, jakiemu podlega ciało zanurzone w cieczy równa się ciężarowi cieczy wypartej przez to ciało.

Z prawa Archimedesa wynikają warunki pływania ciał. Jeśli wypór W jest większy od ciężaru P_cz zanurzonego- ciało pływa, jeśli jest mniejszy- ciało tonie, jeśli zaś W = P_cz - ciało utrzymuje się w równowadze na dowolnej głębokości wewnątrz cieczy ( przy założeniu nieściśliwości zarówno cieczy jak i ciała zanurzonego ). Ponieważ W i P oznaczają ciężary cieczy i ciała zanurzonego o tej samej objętości, więc warunki pływania ciał jednorodnych można uzależnić od gęstości cieczy i ciała zanurzonego. A mianowicie:

_{ciała zanurzonego} < ρ_cieczy - ciało pływa

_{ciała zanurzonego} > ρ_cieczy- ciało tonie

_{ciała zanurzonego} = ρ_cieczy - ciało utrzymuje się na dowolnej głębokości w cieczy

Oczywiście analogiczne zależności obowiązują w odniesieniu do ciężarów właściwych ciała zanurzonego i cieczy. Prawo Archimedesa częs to służy do obliczania ciężarów właściwych ciał stałych i ciekłych

---