Yığın Yoğunluğunun Fiziği: Kütle, Hacim ve Bağıl Yoğunluk
Klasik termodinamik ve akışkanlar mekaniğinde yoğunluk, kütlenin hacme bölünmesi olarak tanımlanır. Ancak mutfak biliminde kuru tozlar ve granül maddeler, makroskopik hacmin hem katı maddeyi hem de tanecikler arasındaki gözenek havasını içerdiği yığın yoğunluğu olgusunu ortaya çıkarır.
Gerçek yoğunluk, bir maddenin kütlesini gözenekler ve boşluklar hariç tutularak yalnızca katı hacmine bölerek ölçer. Yığın yoğunluğu (g/ml veya kg/m³) ise granül yatağının kapladığı toplam makroskopik alanı ifade eder. Saf sodyum klorür kristallerinin gerçek yoğunluğu 2,16 g/ml iken, sofra tuzu kristaller arasındaki hava nedeniyle yaklaşık 1,22 g/ml yığın yoğunluğuna sahiptir.
Bağıl yığın yoğunluğu, bir malzemenin yığın yoğunluğunun 4 °C'deki saf suyun yoğunluğuna (1,000 g/ml) boyutsuz oranıdır. İnce sofra tuzu (1,22) ve saf süzme bal (1,42) gibi yoğun maddeler suda hızla batarken, havalandırılmış un (0,53) ve kakao tozu (0,42) yüzey gerilimi ve hidrasyon matrisi kırılana kadar su yüzeyinde asılı kalır.
Boşluk oranı (gözeneklilik, ε), katı parçacıklar arasındaki hava boşluklarının toplam hacme olan oranını temsil eder. Küresel parçacıkların gevşek rastgele diziliminde gözeneklilik genellikle %36 ile %40 arasındadır. Düzensiz öğütülmüş buğday ununda boşluk oranı %55'i aşabilir; bu da sıkıştırılmamış bir kap unun yarısından fazlasının saf havadan ibaret olduğu anlamına gelir.
Gıda parçacıklarının geometrik şekli, onların kendiliğinden ne kadar sıkı yerleşebileceğini belirler. Kristal toz şeker, kararlı dizilimlere kolayca kayan düzgün çokyüzlü kristallerden oluşur. Buna karşılık lifli kepek ve köşeli nişasta parçacıkları yüksek yüzey sürtünmesi oluşturur ve titreşim enerjisi uygulanmadıkça sıkışmaya direnir.