Dichte
Die Dichte eines Stoffes bezeichnet das Verhältnis seines Gewichts zu seinem Volumen.
Aus dem Alltag
Wie ihr sicherlich schon aufmerksam festgestellt habt, ist Styropor (ein Material, was benutzt wird um Gegenstände beim Verpacken vor Schäden zu schützen) sehr leicht. Gegenstände die teilweise aus Stahl sind wie zum Beispiel ein Hammer, sind schwerer. Natürlich ist es nun falsch zu sagen, dass Styropor leichter ist als Stahl. Denn 1 kg Styropor wiegt schließlich genauso viel, wie 1 kg Stahl. Wie erklärt man sich nun, warum ein Würfel (z.B. ein Spielwürfel) aus Stahl schwerer ist als beispielsweise einer aus Holz? Man sagt: die beiden Stoffe haben eine unterschiedliche Dichte!
Die Dichte verschiedener Stoffe
Grund dafür ist das Verhältnis von Volumen, das heißt der Raum den ein Stoff einnimmt, und seinem Gewicht. Physikerinnen und Physiker sprechen hier von der Dichte eines Stoffes. Schauen wir uns die drei Würfel in der Abbildung rechts an. Wir haben einen Würfel aus Styropor, einen aus Wasser und einen Würfel aus Stahl. Natürlich benötigt man für einen Würfel Wasser einen Behälter, wie beispielsweise ein eckiges Glas. Stellen wir uns vor, dass Glas wäre unsichtbar und wiegt nichts. Stellt man nun diese Würfel auf eine Waage, so erhalten wir folgende Gewichtsanzeigen:
| Stoff | Styropor | Wasser | Eisen |
|---|---|---|---|
| Gewicht in kg | 0,017 | 1 | 7,8 |
Obwohl alle Gegenstände den gleichen Raum einnehmen, also das gleiche Volumen haben, so sind sie dennoch unterschiedlich schwer. Damit nun alle Stoffe gleich viel wiegen, sagen wir genau 1 kg, so brauchen wir mehr von dem Styropor und eine kleinere Menge von dem Stahl. Im Bild rechts seht ihr, wie viel man von den Stoffen braucht, damit alle genau ein Kilogramm wiegen.
Eine Physikerin oder ein Physiker würde sagen, dass Styropor eine geringere Dichte als Wasser hat, da man mehr Styropor braucht um das gleiche Gewicht Wasser zu erhalten. Stahl hingegen hat eine höhere Dichte als Wasser, da man eine kleinere Menge Stahl als Wasser braucht, um das gleiche Gewicht zu erhalten. Nehmt zum Beispiel einen trockenen Tafelschwamm. Wenn ihr ihn zusammenpresst, wird er zwar nicht schwerer, aber sein Volumen wird kleiner. Der Schwamm hat nun ein höhere Dichte als im Normalzustand, weil ihr ihn zusammendrückt. Ihr „verdichtet“ den Schwamm.
Gut zu wissen...
Das ist übrigens auch der Grund dafür, warum ein Gegenstand aus Stahl im Wasser versinkt und einer aus Styropor auf dem Wasser schwimmt. Styropor hat eine geringere Dichte als Wasser, und Stahl eine höhere Dichte. Die Stoffe, die eine geringere Dichte als Wasser haben, werden darauf schwimmen. Wobei alle Stoffe die eine höhere Dichte haben als Wasser, werden darin versinken.
Nun schwimmen aber auch große, schwere Öltanker aus Stahl auf dem Wasser. Um das zu verstehen, muss man wissen, was Auftrieb ist.