Tiheys on mittaustapa, jossa verrataan kappaleen sisältämän aineen määrää sen tilavuuteen. Jos esineessä on paljon ainetta tietyssä tilavuudessa, sen tiheys on suuri. Esineellä, jossa on vähän ainetta samassa tilavuudessa, on alhainen tiheys. Tiheys saadaan jakamalla esineen massa sen tilavuudella. Tiheys kuvaa siis, kuinka "tiiviisti" aineen massa on pakattu tilaan.

ρ = m V {\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}}} {\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}}}

Kaavassa ρ on tiheys, m on massa ja V on tilavuus. SI-järjestelmän yksikkö tiheydelle on kilogrammaa kuutiometriä kohti (kg/m³), mutta yleisiä yksiköitä ovat myös grammaa kuutiosenttimetriä kohti (g/cm³) ja grammaa millilitraa kohti (g/ml). Huomaa, että 1 g/cm³ = 1000 kg/m³.

  • Yleisiä esimerkkitiheyksiä (lämpötilan ja tarkemman olomuodon mukaan vaihtelee):
    • Vesi (4 °C): ≈ 1,00 g/cm³ = 1000 kg/m³
    • Ilma (1 atm, 20 °C): ≈ 1,2 kg/m³
    • Rauta: ≈ 7,8 g/cm³ = 7800 kg/m³
    • Kulta: ≈ 19,3 g/cm³ = 19300 kg/m³
    • Alumiini: ≈ 2,7 g/cm³ = 2700 kg/m³

Esimerkki laskusta: Jos kappaleen massa on 200 g ja sen tilavuus 50 cm³, tiheys lasketaan

  • ρ = m / V = 200 g / 50 cm³ = 4,0 g/cm³
  • Muunnettuna SI-yksikköihin: 4,0 g/cm³ = 4000 kg/m³
Tämä kertoo, että kappale on tiheämpi kuin vesi (1000 kg/m³), joten se painaa todennäköisesti veden pohjaan.

Mittausmenetelmät:

  • Helpoimmin mitataan massa vaa'alla ja tilavuus suoraan (geometrisille kappaleille, kuten kuutio tai pallo) kaavojen avulla.
  • Epäsäännölliset kappaleet: Archimedeen laki eli tilavuuden mittaus veden syrjäytyksellä (displacement) toimii hyvin.
  • Nesteiden tiheyden mittaukseen käytetään esimerkiksi pyknometriä tai hydrometriä.
  • Aineiden ja kaasujen tiheys voidaan myös päätellä mittaamalla massa ja tilavuus tai käyttämällä mittalaitteita, jotka perustuvat paine- ja tilavuusmittauksiin (kaasuissa ideaalikaasun laki antaa osviittaa).

Lämpötilan ja paineen vaikutus: Tiheys riippuu lämpötilasta ja (erityisesti kaasuilla) paineesta. Lämmön vaikutuksesta aine laajenee yleensä, jolloin tilavuus kasvaa ja tiheys pienenee. Kaasujen tiheys vaihtelee voimakkaasti paineen mukaan.

Sovelluksia ja merkitys:

  • Tiheys selittää kelluvuuden: kappale kelluu, jos sen keskimääräinen tiheys on pienempi kuin nesteen tiheys.
  • Materiaalivalinnassa tiheys vaikuttaa rakenteiden massaan, mekaanisiin ominaisuuksiin ja kustannuksiin.
  • Teollisuudessa ja kemian prosesseissa tiheys auttaa tunnistamaan aineita ja valvomaan prosesseja.
  • Suhteellinen tiheys (olomuotoon verrattuna, usein veden tiheyteen) on käytännöllinen tapa vertailla aineiden tiheyksiä ilman yksikkömuunnoksia.

Yhteenvetona: tiheys kuvaa massan määrää tilavuusyksikköä kohden, lasketaan kaavalla ρ = m/V ja on keskeinen suure monissa fysiikan, kemian ja tekniikan sovelluksissa.