Εισαγωγή στην Πυκνότητα: Ορισμός και Υπολογισμός

Ένα υλικό πυκνότητα ορίζεται ως η μάζα ανά μονάδα όγκου. Με άλλο τρόπο, η πυκνότητα είναι ο λόγος μεταξύ μάζας και όγκου ή μάζας ανά μονάδα όγκου. Είναι ένα μέτρο του πόσα "αντικείμενα" έχει ένα αντικείμενο σε όγκο μονάδας (κυβικό μέτρο ή κυβικό εκατοστό). Η πυκνότητα είναι ουσιαστικά μια μέτρηση του πόσο σφιχτά η ύλη είναι γεμάτη μαζί. Η αρχή της πυκνότητας ανακαλύφθηκε από τον Έλληνα επιστήμονα Αρχιμήδης, και είναι εύκολο να υπολογίσετε εάν γνωρίζετε τον τύπο και κατανοείτε τις σχετικές μονάδες του.

Για τον υπολογισμό της πυκνότητας (που συνήθως αντιπροσωπεύεται από το Ελληνική επιστολή "ρ") ενός αντικειμένου, πάρτε τη μάζα (Μ) και διαιρέστε με την ένταση του ήχου (v):

ρ = Μ / v

ο Μονάδα SI της πυκνότητας είναι χιλιόγραμμο ανά κυβικό μέτρο (kg / m³). Συχνά εκπροσωπείται επίσης στο cgs μονάδα των γραμμαρίων ανά κυβικό εκατοστό (g / cm³).

Κατά τη μελέτη της πυκνότητας, μπορεί να είναι χρήσιμο να εργαστείτε α πρόβλημα προβλήματος χρησιμοποιώντας τον τύπο για την πυκνότητα, όπως αναφέρεται στην προηγούμενη ενότητα. Θυμηθείτε ότι αν και η πυκνότητα μάλιστα μοιράζεται με όγκο, συχνά μετράται σε μονάδες γραμμάρια ανά κυβικό επειδή τα γραμμάρια αντιπροσωπεύουν ένα κανονικό βάρος, ενώ τα κυβικά εκατοστά αντιπροσωπεύουν τον όγκο του αντικείμενο.

Για αυτό το πρόβλημα, πάρτε ένα τούβλο αλάτι μέτρησης 10,0 cm x 10,0 cm x 2,0 cm, το οποίο ζυγίζει 433 γραμμάρια. Για να βρείτε την πυκνότητα, χρησιμοποιήστε τον τύπο, ο οποίος σας βοηθά να καθορίσετε την ποσότητα μάζας ανά μονάδα όγκου ή:

ρ = m / v

Σε αυτό το παράδειγμα, έχετε τις διαστάσεις του αντικειμένου, έτσι πρέπει υπολογίστε την ένταση. ο τύπος για τον όγκο εξαρτάται από το σχήμα του αντικειμένου, αλλά είναι ένας απλός υπολογισμός για ένα κουτί:

v = μήκος x πλάτος x πάχος
ν = 10.0 cm χ 10.0 cm χ 2.0 cm
ν = 200.0 cm³

Τώρα που έχετε τη μάζα και την ένταση, υπολογίστε την πυκνότητα, ως εξής:

ρ = m / v
ρ = 433 g / 200,0 cm³
ρ = 2.165 g / cm³

Έτσι, η πυκνότητα του τούβλου αλατιού είναι 2.165 g / cm³.

Μία από τις πιο κοινές χρήσεις της πυκνότητας είναι στο πώς αλληλεπιδρούν διαφορετικά υλικά όταν αναμειγνύονται μαζί. Το ξύλο επιπλέει στο νερό επειδή έχει χαμηλότερη πυκνότητα, ενώ μια άγκυρα βυθίζεται επειδή το μέταλλο έχει μεγαλύτερη πυκνότητα. Τα μπαλόνια ηλίου επιπλέουν επειδή η πυκνότητα του ηλίου είναι χαμηλότερη από την πυκνότητα του αέρα.

Όταν ο σταθμός εξυπηρέτησης αυτοκινήτων δοκιμάζει διάφορα υγρά, όπως το υγρό μετάδοσης, θα ρίξει μέρος του υγρού σε ένα υδρόμετρο. Το υδρόμετρο έχει αρκετά βαθμονομημένα αντικείμενα, μερικά από τα οποία επιπλέουν στο υγρό. Παρατηρώντας ποια από τα αντικείμενα επιπλέουν, οι υπάλληλοι του σταθμού μπορούν να καθορίσουν την πυκνότητα του υγρού. Στην περίπτωση του υγρού μετάδοσης, αυτή η δοκιμή αποκαλύπτει εάν οι υπάλληλοι των πρατηρίων καυσίμων πρέπει να αντικαταστήσουν το αμέσως, ή αν το υγρό εξακολουθεί να έχει κάποια ζωή σε αυτό.

Η πυκνότητα σας επιτρέπει να λύσετε για μάζα και όγκο εάν δοθεί η άλλη ποσότητα. Δεδομένου ότι το πυκνότητα κοινών ουσιών είναι γνωστό, αυτός ο υπολογισμός είναι αρκετά απλός, με τη μορφή. (Σημειώστε ότι το σύμβολο αστερίσκου - * - χρησιμοποιείται για να αποφευχθεί η σύγχυση με τις μεταβλητές για τον όγκο και την πυκνότητα, ρ και v, αντίστοιχα.)

v * ρ = Μή
Μ / ρ = v

Η μεταβολή της πυκνότητας μπορεί επίσης να είναι χρήσιμη στην ανάλυση ορισμένων καταστάσεων, όπως κάθε φορά που πραγματοποιείται χημική μετατροπή και απελευθερώνεται ενέργεια. Η χρέωση σε μια μπαταρία αποθήκευσης, για παράδειγμα, είναι ένα όξινο διάλυμα. Καθώς η μπαταρία αποφορτίζει ηλεκτρισμό, το οξύ συνδυάζεται με το μόλυβδο της μπαταρίας για να σχηματίσει μια νέα χημική ουσία, με αποτέλεσμα τη μείωση της πυκνότητας του διαλύματος. Αυτή η πυκνότητα μπορεί να μετρηθεί για να καθορίσει το επίπεδο της υπόλοιπης μπαταρίας της μπαταρίας.

Η πυκνότητα είναι μια βασική ιδέα στην ανάλυση του τρόπου με τον οποίο αλληλεπιδρούν τα υλικά στη μηχανική υγρών, στον καιρό, στη γεωλογία, στις επιστήμες των υλικών, στη μηχανική και σε άλλους τομείς της φυσικής.

Μια έννοια σχετική με την πυκνότητα είναι η ειδικού βάρους (ή, ακόμη πιο ενδεδειγμένο, σχετική πυκνότητα) ενός υλικού, το οποίο είναι ο λόγος της πυκνότητας του υλικού προς το πυκνότητα νερού. Ένα αντικείμενο με ένα ειδικό βάρος μικρότερο από ένα θα επιπλέει στο νερό, ενώ ένα ειδικό βάρος μεγαλύτερο από ένα σημαίνει ότι θα βυθιστεί. Είναι αυτή η αρχή που επιτρέπει, για παράδειγμα, ένα μπαλόνι γεμάτο με ζεστό αέρα να επιπλέει σε σχέση με τον υπόλοιπο αέρα.