Să luăm în considerare în articol cum să găsim densitatea și ce este aceasta. În proiectarea multor structuri și vehicule, se iau în considerare o serie de caracteristici fizice pe care trebuie să le aibă un anumit material. Una dintre ele este densitatea.
Masa și volum
Descifrează semnificația a două mărimi fizice care sunt direct legate de el - aceasta este masa și volumul. Înainte de a răspunde la întrebarea cum să găsim densitatea.
Masa este o caracteristică care descrie proprietățile inerțiale ale corpurilor și capacitatea lor de a manifesta atracție gravitațională unul față de celăl alt. Masa se măsoară în kilograme în sistemul SI.
Conceptele de mase inerțiale și gravitaționale au fost introduse pentru prima dată în fizică de Isaac Newton atunci când a formulat legile mecanicii și gravitația universală.
Volumul este o caracteristică exclusiv geometrică a corpului, care reflectă cantitativ partea din spațiu pe care o ocupă. Volumul se măsoară în unități cubice de lungime, de exemplu, în SI este metri cubi.
Pentru corpuri de formă cunoscută(paralelepiped, bilă, piramidă) această valoare poate fi determinată prin formule speciale, pentru obiectele de formă geometrică neregulată volumul se determină prin scufundarea lor într-un lichid.
Densitatea cantității fizice
Acum puteți merge direct la răspunsul la întrebarea cum să găsiți densitatea. Această caracteristică este determinată de raportul dintre masa corporală și volumul pe care îl ocupă, care se scrie matematic după cum urmează:
ρ=m/V.
Această egalitate arată unitățile lui ρ (kg/m3). Astfel, densitatea, masa și volumul sunt legate printr-o singură egalitate, iar valoarea lui ρ pentru orice material arată concentrația în volum a masei sale.
Să dam un exemplu simplu: dacă iei în mână bile de plastic și de fier de aceeași dimensiune, atunci a doua va avea mult mai multă greutate decât prima. Acest fapt se datorează densității mari a fierului în comparație cu cea a plasticului.
Una dintre principalele manifestări ale raportului densităților din natură va fi flotabilitatea corpurilor. Dacă corpul are o densitate mai mică decât lichidul, atunci nu se va scufunda niciodată în el.
Densitatea materialelor
Când vorbim despre densitatea anumitor materiale, se referă la solide. Gazele și lichidele au și ele o anumită densitate, dar despre ele nu vom vorbi aici.
Materialele solide pot fi fie cristaline, fie amorfe. Valoarea lui ρ depinde de structura, distanțele interatomice și masele atomice și moleculare ale materialelor. De exemplu, toate metalele sunt cristale, iar sticla sau lemnul austructura amorfa. Mai jos este un tabel cu densitatea diferitelor tipuri de lemn.
Vă rugăm să rețineți că în acest caz este dată densitatea medie. În viața reală, fiecare copac are caracteristici unice, inclusiv goluri, pori și prezența unui anumit procent de umiditate în lemn.
Mai jos este un alt tabel. În el, în g/cm3densitățile tuturor elementelor chimice pure care sunt la temperatura camerei sunt date.
Din tabel se poate observa că toate elementele au o densitate mai mare decât cea a apei. Excepție fac doar trei metale - litiu, potasiu și sodiu, care nu se scufundă, ci plutesc la suprafața apei.
Cum se măsoară densitatea experimental?
De fapt, există două tehnici de determinare a caracteristicii studiate. Prima este să cântăriți direct corpul și să măsurați dimensiunile liniare ale acestuia.
Dacă forma geometrică a corpului este complexă, atunci se folosește așa-numita metodă hidrostatică.
Esența sa este următoarea: mai întâi cântăriți corpul în aer. Să presupunem că greutatea rezultată a fost P1. După aceea, corpul este cântărit într-un lichid cu o densitate cunoscută ρl. Fie ca greutatea corpului în lichid să fie P2. Atunci valoarea densității ρ a materialului studiat va fi:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
Această formulă poate fi obținută de fiecare student pe cont propriu dacă ia în considerare legea lui Arhimedepentru cazul descris.
Din punct de vedere istoric, se crede că pentru prima dată cântărirea hidrostatică a fost folosită de filozoful grec Arhimede pentru a determina coroana de aur falsă. Primele balanțe hidrostatice au fost inventate de Galileo Galilei la sfârșitul secolului al XVI-lea. În prezent, picnometrele electronice și densimetrele sunt utilizate pe scară largă pentru a determina experimental valoarea lui ρ în lichide, solide și gaze.
Definiția teoretică a densității
Întrebarea despre cum se poate găsi densitatea experimental a fost discutată mai sus. Totuși, acest ρ a unui material necunoscut poate fi găsit teoretic. Pentru a face acest lucru, este necesar să se cunoască tipul rețelei cristaline, parametrii acestei rețele, precum și masa atomilor care o formează. Deoarece orice rețea cristalină elementară are o anumită formă geometrică, este ușor să găsiți o formulă pentru determinarea volumului său.
Dacă un material cristalin este format din mai multe elemente chimice, cum ar fi aliajele metalice, atunci densitatea medie poate fi determinată prin următoarea formulă simplă:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Unde mi, ρi sunt masa și, respectiv, densitatea componentei i.
Dacă materialul are o structură amorfă, atunci teoretic nu va fi posibilă determinarea cu exactitate a densității acestuia și trebuie utilizate tehnici experimentale.
