密度とは、物体が持つ物質の量とその体積を比較した測定値です。ある一定の体積の中に物質が多く詰まっている物体は密度が高く、逆に同じ体積の中に物質が少ない物体は密度が低くなります。密度は、物体の質量をその体積で割って求められます。

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

ここで、ρは密度、mは質量、Vは体積を表します。

計算式と単位

  • 基本式：ρ = m / V
  • SI単位：質量はキログラム(kg)、体積は立方メートル(m³)、密度はkg/m³で表します。
  • よく使われる単位：g/cm³（グラム毎立方センチメートル）。換算では 1 g/cm³ = 1000 kg/m³ です。

計算の具体例

  • 例1：質量が0.5 kg、体積が250 cm³（= 0.00025 m³）の物体の場合 ρ = 0.5 ÷ 0.00025 = 2000 kg/m³（= 2.0 g/cm³）
  • 例2（水を基準にした浮力の目安）：水の密度は約1000 kg/m³（1.0 g/cm³）。この値より小さければ水に浮き、大きければ沈みやすくなります。

測り方（実務的な方法）

  • 規則的な形状の物体：長さ・幅・高さ、または半径などから体積を計算し、電子天秤で質量を測って密度を求める。
  • 不規則な形状の物体：水などの液体に入れて溢れた水の体積を測る水置換法（アルキメデスの原理）で体積を求める。質量は天秤で測定。

日常の例

  • 木材と鉄：木は種類によるが約0.4〜0.9 g/cm³で、水に浮くことが多い。鉄は約7.8〜7.9 g/cm³で水に沈む。
  • 水：約1.0 g/cm³（1000 kg/m³）。飲料水や風呂の水などの基準になる。
  • 空気：標準状態で約0.0012 g/cm³（1.2 kg/m³）と非常に低い密度。
  • 氷：約0.92 g/cm³で、水より密度が小さいため氷は水に浮きます。

温度・圧力の影響と比重

  • 液体や気体の密度は温度や圧力で変化します。一般に温度が上がると膨張して密度は下がります。
  • 比重（比密度）は基準物質（通常は水）に対する比で無次元量です。比重 = 物質の密度 ÷ 基準物質の密度。

注意点

  • 密度は物質ごとに一定ではなく、組成や空隙（気泡など）、温度・圧力で変わることを考慮してください。
  • 単位の取り扱いに注意し、質量と体積の単位を一致させてから計算してください（例：gとcm³、またはkgとm³）。