Låt oss i artikeln överväga hur man hittar tätheten och vad den är. Vid utformningen av många konstruktioner och fordon beaktas ett antal fysiska egenskaper som ett visst material måste ha. En av dem är densitet.
Massa och volym
Dechiffrera innebörden av två fysiska storheter som är direkt relaterade till det - det här är massa och volym. Innan vi svarar på frågan hur man hittar densitet.
Mass är en egenskap som beskriver kroppars tröghetsegenskaper och deras förmåga att visa gravitationsattraktion till varandra. Massan mäts i kilogram i SI-systemet.
Begreppen tröghets- och gravitationsmassor introducerades först i fysiken av Isaac Newton när han formulerade mekanikens lagar och universell gravitation.
Volym är en exklusivt geometrisk egenskap hos kroppen, som kvantitativt återspeglar den del av utrymmet den upptar. Volymen mäts i kubiska längdenheter, till exempel i SI är den meter i kubik.
För kroppar med känd form(parallelpiped, boll, pyramid) detta värde kan bestämmas med speciella formler, för föremål med oregelbunden geometrisk form bestäms volymen genom att sänka ner dem i en vätska.
Fysisk kvantitetstäthet
Nu kan du gå direkt till svaret på frågan om hur man hittar tätheten. Denna egenskap bestäms av förhållandet mellan kroppsmassa och volymen som den upptar, vilket skrivs matematiskt enligt följande:
ρ=m/V.
Denna likhet visar enheterna för ρ (kg/m3). Således är densitet, massa och volym relaterade till en enda likhet, och värdet på ρ för vilket material som helst visar volymkoncentrationen av dess massa.
Låt oss ge ett enkelt exempel: om du tar plast- och järnkulor av samma storlek i handen, kommer den andra att väga mycket mer än den första. Detta faktum beror på den höga densiteten hos järn jämfört med plastens.
En av de viktigaste manifestationerna av förhållandet mellan tätheter i naturen kommer att vara kropparnas flytkraft. Om kroppen har en lägre densitet än vätskan kommer den aldrig att sjunka i den.
materialdensitet
När man talar om densiteten hos vissa material menar de fasta ämnen. Gaser och vätskor har också en viss densitet, men vi ska inte prata om dem här.
Fast material kan vara antingen kristallint eller amorft. Värdet på ρ beror på strukturen, interatomära avstånd och atomära och molekylära massor av material. Till exempel är alla metaller kristaller, och glas eller trä haramorf struktur. Nedan finns en tabell över densiteten för olika träslag.
Observera att i det här fallet anges medeldensiteten. I verkligheten har varje träd unika egenskaper, inklusive tomrum, porer och närvaron av en viss procentandel fukt i träet.
Nedan är en annan tabell. I den anges i g/cm3 densiteter för alla rena kemiska grundämnen som har rumstemperatur.
Det kan ses av tabellen att alla grundämnen har en densitet som är större än vatten. Undantaget är bara tre metaller - litium, kalium och natrium, som inte sjunker, utan flyter på vattenytan.
Hur mäts densiteten experimentellt?
Det finns faktiskt två tekniker för att bestämma den egenskap som studeras. Den första är att direkt väga kroppen och mäta dess linjära dimensioner.
Om kroppens geometriska form är komplex, används den så kallade hydrostatiska metoden.
Dess essens är följande: väg först kroppen i luften. Låt oss anta att den resulterande vikten var P1. Därefter vägs kroppen i en vätska med en känd densitet ρl. Låt kroppens vikt i vätskan vara P2. Då blir värdet på densiteten ρ för materialet som studeras:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
Denna formel kan erhållas av varje elev på egen hand om han beaktar Arkimedes lagför det beskrivna fallet.
Historiskt sett tror man att hydrostatisk vägning för första gången användes av den grekiske filosofen Arkimedes för att fastställa den falska guldkronan. De första hydrostatiska vågorna uppfanns av Galileo Galilei i slutet av 1500-talet. För närvarande används elektroniska pyknometrar och densitetsmätare i stor utsträckning för att experimentellt bestämma värdet på ρ i vätskor, fasta ämnen och gaser.
Teoretisk definition av densitet
Frågan om hur man hittar densiteten experimentellt diskuterades ovan. Emellertid kan denna ρ av ett okänt material hittas teoretiskt. För att göra detta är det nödvändigt att känna till typen av kristallgitter, parametrarna för detta gitter, såväl som massan av atomerna som bildar det. Eftersom alla elementära kristallgitter har en viss geometrisk form är det lätt att hitta en formel för att bestämma dess volym.
Om ett kristallint material består av flera kemiska element, såsom metallegeringar, kan dess medeldensitet bestämmas med följande enkla formel:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Där mi, ρi är massan respektive densiteten för den i:te komponenten.
Om materialet har en amorf struktur kommer det teoretiskt inte att vara möjligt att exakt bestämma dess densitet, och experimentella tekniker måste användas.
