Kepadatan mengukur seberapa banyak massa yang dikemas ke dalam suatu volume. Seperti membandingkan bulu dengan timah—ukuran sama, berat berbeda. Sifat kunci untuk mengidentifikasi material.

• Kepadatan = massa ÷ volume (ρ = m/V)
• Kepadatan lebih tinggi = lebih berat untuk ukuran yang sama
• Air: 1000 kg/m³ = 1 g/cm³
• Menentukan mengapung/tenggelam

Gravitasi spesifik = kepadatan relatif terhadap air. Rasio tanpa dimensi. SG = 1 berarti sama dengan air. SG < 1 mengapung, SG > 1 tenggelam.

• SG = ρ_material / ρ_air
• SG = 1: sama dengan air
• SG < 1: mengapung (minyak, kayu)
• SG > 1: tenggelam (logam)

Kepadatan berubah seiring suhu! Gas: sangat sensitif. Cairan: perubahan kecil. Kepadatan maksimum air pada 4°C. Selalu sebutkan kondisi.

• Suhu ↑ → kepadatan ↓
• Air: maksimum pada 4°C (997 kg/m³)
• Gas sensitif terhadap tekanan/suhu
• Standar: 20°C, 1 atm

kg/m³ adalah standar SI. g/cm³ sangat umum (= SG untuk air). g/L untuk larutan. Semua terkait dengan pangkat 10.

• 1 g/cm³ = 1000 kg/m³
• 1 g/mL = 1 g/cm³ = 1 kg/L
• 1 t/m³ = 1000 kg/m³
• g/L = kg/m³ (secara numerik)

lb/ft³ paling umum. lb/in³ untuk material padat. lb/gal untuk cairan (galon AS ≠ galon UK!). pcf = lb/ft³ dalam konstruksi.

• 1 lb/ft³ ≈ 16 kg/m³
• Galon AS ≠ Galon UK (perbedaan 20%)
• lb/in³ untuk logam
• Air: 62.4 lb/ft³

API untuk minyak bumi. Brix untuk gula. Plato untuk pembuatan bir. Baumé untuk bahan kimia. Konversi non-linear!

• API: minyak bumi (10-50°)
• Brix: gula/anggur (0-30°)
• Plato: bir (10-20°)
• Baumé: bahan kimia

ρ = m/V. Ketahui dua, temukan yang ketiga. m = ρV, V = m/ρ. Hubungan linear.

• ρ = m / V
• m = ρ × V
• V = m / ρ
• Satuan harus cocok

Archimedes: gaya apung = berat fluida yang dipindahkan. Mengapung jika ρ_objek < ρ_fluida. Menjelaskan gunung es, kapal.

• Mengapung jika ρ_objek < ρ_fluida
• Gaya apung = ρ_fluida × V × g
• % Terendam = ρ_objek/ρ_fluida
• Es mengapung: 917 < 1000 kg/m³

Kepadatan berasal dari massa atom + susunan. Osmium: paling padat (22,590 kg/m³). Hidrogen: gas paling ringan (0.09 kg/m³).

• Massa atom penting
• Susunan kristal
• Logam: kepadatan tinggi
• Gas: kepadatan rendah

• Air adalah 1: g/cm³ = g/mL = kg/L = SG (semua sama dengan 1 untuk air)
• Kalikan dengan 1000: g/cm³ × 1000 = kg/m³ (1 g/cm³ = 1000 kg/m³)
• Aturan 16: lb/ft³ × 16 ≈ kg/m³ (1 lb/ft³ ≈ 16.018 kg/m³)
• SG ke kg/m³: Cukup kalikan dengan 1000 (SG 0.8 = 800 kg/m³)
• Uji apung: SG < 1 mengapung, SG > 1 tenggelam, SG = 1 daya apung netral
• Aturan es: 917 kg/m³ = 0.917 SG → 91.7% terendam saat mengapung

• g/cm³ ≠ g/m³! Perbedaan faktor 1.000.000. Selalu periksa unit Anda!
• Suhu penting: Air adalah 1000 pada 4°C, 997 pada 20°C, 958 pada 100°C
• Galon AS vs UK: perbedaan 20% memengaruhi konversi lb/gal (119.8 vs 99.8 kg/m³)
• SG tidak berdimensi: Jangan tambahkan unit. SG × 1000 = kg/m³ (kemudian tambahkan unit)
• Gravitasi API terbalik: API lebih tinggi = minyak lebih ringan (kebalikan dari kepadatan)
• Kepadatan gas berubah dengan P&T: Harus menyebutkan kondisi atau menggunakan hukum gas ideal

Pemilihan material berdasarkan kepadatan. Baja (7850) kuat/berat. Aluminium (2700) ringan. Beton (2400) untuk struktur.

• Baja: 7850 kg/m³
• Aluminium: 2700 kg/m³
• Beton: 2400 kg/m³
• Busa: 30-100 kg/m³

Gravitasi API mengklasifikasikan minyak. Gravitasi spesifik untuk kualitas. Kepadatan memengaruhi pencampuran, pemisahan, penentuan harga.

• API > 31.1: minyak mentah ringan
• API < 22.3: minyak mentah berat
• Bensin: ~720 kg/m³
• Diesel: ~832 kg/m³

Brix untuk kadar gula. Plato untuk malt. SG untuk madu, sirup. Kontrol kualitas, pemantauan fermentasi.

• Brix: jus, anggur
• Plato: kekuatan bir
• Madu: ~1400 kg/m³
• Susu: ~1030 kg/m³

g/cm³ × 1000 = kg/m³. lb/ft³ × 16 = kg/m³. SG × 1000 = kg/m³.

• 1 g/cm³ = 1000 kg/m³
• 1 lb/ft³ ≈ 16 kg/m³
• SG × 1000 = kg/m³
• 1 g/mL = 1 kg/L

m = ρ × V. Air: 2 m³ × 1000 = 2000 kg.

• m = ρ × V
• Air: 1 L = 1 kg
• Baja: 1 m³ = 7850 kg
• Periksa satuan

V = m / ρ. Emas 1 kg: V = 1/19320 = 51.8 cm³.

• V = m / ρ
• 1 kg emas = 51.8 cm³
• 1 kg Al = 370 cm³
• Padat = kecil

Balok baja 2m × 0.3m × 0.3m, ρ=7850. Berat?

V = 0.18 m³. m = 7850 × 0.18 = 1413 kg ≈ 1.4 ton.

Kayu (600 kg/m³) di dalam air. Mengapung?

600 < 1000, mengapung! Terendam: 600/1000 = 60%.

1 kg emas. ρ=19320. Volume?

V = 1/19320 = 51.8 cm³. Seukuran kotak korek api!

22,590 kg/m³. Satu kaki kubik = 1,410 lb! Sedikit mengalahkan iridium. Langka, digunakan pada ujung pulpen.

Es 917 < air 1000. Hampir unik! Danau membeku dari atas ke bawah, menyelamatkan kehidupan air.

Paling padat pada 4°C, bukan 0°C! Mencegah danau membeku seluruhnya—air 4°C tenggelam ke dasar.

1-2 kg/m³. 'Asap beku'. Menopang 2000× beratnya. Digunakan oleh penjelajah Mars!

~4×10¹⁷ kg/m³. Satu sendok teh = 1 miliar ton! Atom-atom runtuh. Materi paling padat.

0.09 kg/m³. 14× lebih ringan dari udara. Paling melimpah di alam semesta meskipun kepadatannya rendah.

Momen 'Eureka!' paling terkenal dalam sains terjadi ketika Archimedes menemukan prinsip daya apung dan perpindahan kepadatan saat mandi di Syracuse, Sisilia.

• Raja Hiero II mencurigai pandai emasnya telah menipunya dengan mencampurkan perak ke dalam mahkota emas
• Archimedes perlu membuktikan penipuan tersebut tanpa merusak mahkota
• Menyadari perpindahan air di bak mandinya, ia menyadari bahwa ia dapat mengukur volume secara non-destruktif
• Metode: Mengukur berat mahkota di udara dan di air; membandingkannya dengan sampel emas murni
• Hasil: Mahkota memiliki kepadatan lebih rendah dari emas murni—penipuan terbukti!
• Warisan: Prinsip Archimedes menjadi dasar hidrostatika dan ilmu kepadatan

Penemuan berusia 2.300 tahun ini tetap menjadi dasar pengukuran kepadatan modern melalui metode perpindahan air dan daya apung.

Revolusi ilmiah membawa instrumen presisi dan studi sistematis tentang kepadatan material, gas, dan larutan.

• 1586: Galileo Galilei menemukan neraca hidrostatik—instrumen presisi pertama untuk kepadatan
• 1660-an: Robert Boyle mempelajari hubungan kepadatan gas dan tekanan (Hukum Boyle)
• 1768: Antoine Baumé mengembangkan skala hidrometer untuk larutan kimia—masih digunakan hingga kini
• 1787: Jacques Charles mengukur kepadatan gas vs. suhu (Hukum Charles)
• 1790-an: Lavoisier menetapkan kepadatan sebagai sifat fundamental dalam kimia

Kemajuan ini mengubah kepadatan dari keingintahuan menjadi ilmu kuantitatif, memungkinkan perkembangan kimia, ilmu material, dan kontrol kualitas.

Industri mengembangkan skala kepadatan khusus untuk minyak bumi, makanan, minuman, dan bahan kimia, masing-masing dioptimalkan untuk kebutuhan spesifik mereka.

• 1921: American Petroleum Institute menciptakan skala gravitasi API—derajat yang lebih tinggi = minyak mentah yang lebih ringan dan lebih berharga
• 1843: Adolf Brix menyempurnakan sakarometer untuk larutan gula—°Brix masih menjadi standar dalam industri makanan/minuman
• 1900-an: Skala Plato distandarisasi untuk pembuatan bir—mengukur kandungan ekstrak dalam wort dan bir
• 1768-sekarang: Skala Baumé (berat & ringan) untuk asam, sirup, dan bahan kimia industri
• Skala Twaddell untuk cairan industri berat—masih digunakan dalam pelapisan listrik

Skala non-linear ini tetap ada karena dioptimalkan untuk rentang sempit di mana presisi paling penting (misalnya, API 10-50 mencakup sebagian besar minyak mentah).

Pemahaman skala atom, material baru, dan instrumen presisi merevolusi pengukuran kepadatan dan rekayasa material.

• 1967: Kristalografi sinar-X mengonfirmasi osmium sebagai unsur terpadat dengan 22.590 kg/m³ (mengalahkan iridium sebesar 0,12%)
• 1980-an-90-an: Pengukur kepadatan digital mencapai presisi ±0,0001 g/cm³ untuk cairan
• 1990-an: Aerogel dikembangkan—padatan paling ringan di dunia dengan 1-2 kg/m³ (99,8% udara)
• 2000-an: Paduan kaca logam dengan rasio kepadatan-kekuatan yang tidak biasa
• 2019: Redefinisi SI mengikat kilogram dengan konstanta Planck—kepadatan kini dapat dilacak ke fisika fundamental

Astrofisika abad ke-20 mengungkapkan ekstremitas kepadatan di luar imajinasi duniawi.

• Ruang antarbintang: ~10⁻²¹ kg/m³—hampir vakum sempurna dengan atom hidrogen
• Atmosfer bumi di permukaan laut: 1,225 kg/m³
• Bintang katai putih: ~10⁹ kg/m³—satu sendok teh beratnya beberapa ton
• Bintang neutron: ~4×10¹⁷ kg/m³—satu sendok teh setara dengan ~1 miliar ton
• Singularitas lubang hitam: Kepadatan tak terbatas secara teoretis (fisika runtuh)

Kepadatan yang diketahui mencakup ~40 orde besaran—dari kekosongan alam semesta hingga inti bintang yang runtuh.

Saat ini, pengukuran kepadatan sangat diperlukan di seluruh bidang sains, industri, dan perdagangan.

• Minyak Bumi: Gravitasi API menentukan harga minyak mentah (±1° API = jutaan nilai)
• Keamanan Pangan: Pemeriksaan kepadatan mendeteksi pemalsuan pada madu, minyak zaitun, susu, jus
• Farmasi: Presisi sub-miligram untuk formulasi obat dan kontrol kualitas
• Rekayasa Material: Optimalisasi kepadatan untuk dirgantara (kuat + ringan)
• Lingkungan: Mengukur kepadatan lautan/atmosfer untuk model iklim
• Eksplorasi Luar Angkasa: Mengkarakterisasi asteroid, planet, atmosfer eksoplanet

Kepadatan memiliki satuan (kg/m³, g/cm³). SG adalah rasio tanpa dimensi terhadap air. SG=ρ/ρ_air. SG=1 berarti sama dengan air. Kalikan SG dengan 1000 untuk mendapatkan kg/m³. SG berguna untuk perbandingan cepat.

Air memuai saat membeku. Es=917, air=1000 kg/m³. Es 9% lebih tidak padat. Danau membeku dari atas ke bawah, meninggalkan air di bawah untuk kehidupan. Jika es tenggelam, danau akan membeku seluruhnya. Ikatan hidrogen yang unik.

Suhu lebih tinggi → kepadatan lebih rendah (pemuaian). Gas sangat sensitif. Cairan ~0,02%/°C. Padatan minimal. Pengecualian: air paling padat pada 4°C. Selalu sebutkan suhu untuk presisi.

AS=3.785L, UK=4.546L (20% lebih besar). Memengaruhi lb/gal! 1 lb/US gal=119.8 kg/m³. 1 lb/UK gal=99.8 kg/m³. Selalu sebutkan.

Sangat akurat jika suhu dikontrol. ±0,001 tipikal untuk cairan pada suhu konstan. Padatan ±0,01. Gas memerlukan kontrol tekanan. Standar: 20°C atau 4°C untuk referensi air.

Cairan: hidrometer, piknometer, pengukur digital. Padatan: Archimedes (perpindahan air), piknometer gas. Presisi: 0,0001 g/cm³ dimungkinkan. Kontrol suhu sangat penting.