まとめ
解説
密度は、物質の質量をその体積で割ることで算出されます（密度＝質量÷体積）。物質を構成する粒子は、熱エネルギーを得ると運動が活発になり、粒子間の間隔が広がる「熱膨張」を起こします。この際、質量は変化しませんが体積が増加するため、結果として密度は減少します。この温度変化に伴う密度の差は、流体において「対流」を引き起こす物理的な要因となります。
混合物においては成分の割合によって密度が変化します。例えば、水に食塩を溶かすと、質量保存の法則により全体の質量は「水の質量＋食塩の質量」となりますが、体積の増加はわずかであるため、溶液全体の密度は上昇します。100cm³の水に10gの食塩を溶かすと密度は約1.07g/cm³（濃度約9%）となり、20g溶かすと約1.12g/cm³（濃度約17%）まで高まります。
| 条件の変化 | 体積の変化 | 密度の変化 | 現象の例 |
|---|---|---|---|
| 加熱（温度上昇） | 増加する | 減少する | 上昇気流・対流の発生 |
| 冷却（温度低下） | 減少する | 増加する | 物質の沈降・下降気流 |
密度の違いは「浮力」に直結します。アルキメデスの原理によれば、物体はそれが押し退けた液体の重さに等しい浮力を受けます。水の密度（約1.00g/cm³）よりも密度が小さい物体は水に浮き、大きい物体は沈みます。
具体的な計算例として、空気中で100g（体積10cm³）の物体を水に沈めると、10cm³分の水を押し退けるため10g分の浮力を受けます。このとき、ばねばかりの目盛りは90gを示します。一方、同じ100gでも体積が120cm³ある物体は、密度が約0.83g/cm³となり水よりも小さいため、水面に浮き上がります。このとき、物体が受ける浮力は自身の重さと同じ100g分となります。また、イスラエルの死海のように塩分濃度が極めて高い場所では、水の密度が大きくなるため、人間も簡単に浮くことができます。
同じ大きさの箱でも、中に綿がつまっているのと、鉄がつまっているのでは、重さがぜんぜんちがいますよね。このように、決まった大きさ（1立方センチメートル）あたりの重さのことを密度といいます。
物質にはそれぞれ決まった密度があります。たとえば、水の密度は約1です。これよりも密度が小さいものは水に浮き、大きいものは水に沈みます。氷が水に浮くのは、氷のほうが水よりも密度が小さいからなのです。
また、水に塩をたくさんとかすと、水の密度は大きくなります。そうすると、ふつうの水では沈んでしまうものでも、ぷかぷかと浮きやすくなるという不思議な現象が起こります。
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